ИСТИНА

В настоящее время жидкофазная экстракция является одним из наиболее востребованных в технологии методов разделения и очистки веществ. Вместе с тем экстракционные объекты представляют собой сложные многокомпонентные системы, а собственно экстракция является многостадийным процессом. Если раньше расчет экстракционного каскада предполагал выполнение огромной по объему экспериментальной работы, включающей в себя перебор условий экстракции и составов многокомпонентной системы, то сейчас альтернативой такому подходу является построение строгой термодинамической модели многокомпонентной системы с последующим расчетом любых равновесий. Корректное математическое описание экстракционного процесса и его программная реализация требуют определенного уровня развития термодинамического моделирования, вычислительных методов и компьютерной техники, что стало возможным в последние десятилетия. Общей целью работы является развитие строгой термодинамической теории экстракционных процессов как альтернативы существующим традиционным подходам, основанным на аппроксимации сведений о кривых распределения целевого компонента и наборе реальных или виртуальных химических реакций, протекающих в рассматриваемой системе. Конкретная цель исследования - построение термодинамических моделей и развитие методов оценки физико-химических свойств растворов, представляющих интерес для оптимизации условий экстракционных процессов. В качестве тестовых объектов выбраны растворы, образующие органическую фазу при разделении редкоземельных элементов (РЗЭ) с использованием в качестве экстрагента ди-(2-этилгексил)фосфорной кислоты (Д2ЭГФК), а именно: Д2ЭГФК – ди-(2-этилгексил)фосфосфат РЗЭ (Sm, Eu, Gd) – растворитель (н-гексан, н-гептан, н-додекан, толуол, циклогексан). При успешном выполнении проекта для выбранных объектов исследования планируется: 1) получить экспериментальные данные о фазовых равновесиях следующего типа: жидкость – пар, жидкость – твердая фаза, жидкость – жидкость; 2) получить экспериментальные данные о плотности и вязкости растворов; 3) предложить термодинамические модели органической фазы экстракционных систем; 4) разработать новые методы оценки плотности и вязкости растворов для систем типа органический растворитель – экстрагент – экстрагируемый комплекс; 5) развить методологию применения аппарата химической термодинамики к экстракционным системам. Научная значимость проекта определяется разработкой новых подходов к описанию органической фазы экстракционных систем, что позволит использовать современные вычислительные методы для моделирования и оптимизации условий процессов выделения и разделения веществ в таких системах. Это расширит круг объектов (металлические, оксидные, солевые, водно-органические системы, растворы электролитов и др.), использование которых в современных промышленных проектах считается невозможным без применения аппарата химической термодинамики.

Currently liquid-liquid extraction is one of the methods most widely used in technology for separation and purification of substances. At the same time, extraction objects are complex multicomponent systems, and extraction itself is a multi-stage process. If earlier the calculation of the extraction cascade involved the execution of a huge amount of experimental work, which included enumerating the extraction conditions and compositions of a multicomponent system, now an alternative to this approach is to build a rigorous thermodynamic model of a multicomponent system with subsequent calculation of any equilibria. A correct mathematical description of the extraction process and its software implementation require a certain level of development of thermodynamic modeling, computational methods and computer technology, which has become possible in recent decades. The overall goal of the work is to develop a rigorous thermodynamic theory of extraction processes as an alternative to existing traditional approaches based on approximating information about the distribution curves of the target component and a set of real or virtual chemical reactions that occur in the system under consideration. The specific purpose of the study is the construction of thermodynamic models and the development of methods for assessing the physicochemical properties of solutions of interest for optimizing the conditions of extraction processes. As test objects, solutions were selected that form the organic phase during the separation of rare-earth elements (REE) using di (2-ethylhexyl) phosphoric acid (D2EHPA) as an extractant, namely: D2EHPA - di- (2-ethylhexyl) phosphate REE (Sm, Eu, Gd) – organic solvent (n-hexane, n-heptane, n-dodecane, toluene, cyclohexane). If the project is successfully completed for the selected research objects, it is planned: 1) to obtain experimental data on phase equilibria of the following type: vapor-liquid equilibria, solid-liquid equilibria, liquid-liquid equilibria; 2) to obtain experimental data on the density and viscosity of solutions; 3) to offer thermodynamic models of the organic phase of extraction systems; 4) to develop new methods for prediction of the density and viscosity of solutions for systems such as organic solvent - extractant - extractable complex; 5) to develop a methodology for applying the apparatus of chemical thermodynamics to extraction systems. The scientific significance of the project is determined by the development of new approaches to the description of the organic phase of extraction systems, which will allow the use of modern computational methods for modeling and optimizing the conditions of the processes of separation and isolation of substances in such systems. This will expand the range of objects (metallic, oxides, salts, water-organic systems, electrolyte solutions, etc.), the use of which in modern industrial projects is considered impossible without the use of chemical thermodynamics apparatus.

При успешном выполнении проекта для выбранных объектов исследования планируется: 1) получить экспериментальные данные о фазовых равновесиях следующего типа: жидкость – пар, жидкость – твердая фаза, жидкость – жидкость; 2) получить экспериментальные данные о плотности и вязкости растворов; 3) предложить термодинамические модели органической фазы экстракционных систем; 4) разработать новые методы оценки плотности и вязкости растворов для систем типа органический растворитель – экстрагент – экстрагируемый комплекс; 5) развить методологию применения аппарата химической термодинамики к экстракционным системам. Научная значимость проекта определяется разработкой новых подходов к описанию органической фазы экстракционных систем, что позволит использовать современные вычислительные методы для моделирования и оптимизации условий процессов выделения и разделения веществ в таких системах. Это расширит круг объектов (металлические, оксидные, солевые, водно-органические системы, растворы электролитов и др.), использование которых в современных промышленных проектах считается невозможным без применения аппарата химической термодинамики.

1) Руководителем проекта вместе с коллегами ранее с помощью статического варианта метода давления пара определены термодинамические свойства растворов системы Д2ЭГФК – о-ксилол 2) Отработана методика определения объемных свойств в системах Д2ЭКФК – комплекс – о-ксилол 3) Отработана методика проведения экстракционного эксперимента, с помощью которой уже изучено распределение компонентов в системах вода – азотная кислота – нитрат РЗЭ (Eu, Gd, Dy) – Д2ЭГФК – о-ксилол 4) Предложена термодинамическая модель – электролитная версия обобщенной термодинамической модели локального состава (eGLCM), хорошо зарекомендовавшая себя при описании экстракционных систем. С помощью предложенной модели описаны термодинамические свойства и фазовые равновесия в системах вода – азотная кислота – нитрат РЗЭ