ВВЕДЕНИЕ. Основными требованиями, предъявляемыми к химическим и нефтехимическим производствам, является комплексное использование природных и энергетических ресурсов

Основными требованиями, предъявляемыми к химическим и нефтехимическим производствам, является комплексное использование природных и энергетических ресурсов при соблюдении принципа минимального воздействия производства на окружающую среду [1]. Реализация указанных требований невозможна без фундаментальных исследований в области химической технологии, базирующихся на широком использовании термодинамики, математики и средств вычислительной техники [2-5]. Использование достижений в этих областях позволяет кардинальным образом изменить существующие технологии за счет разработки и использования новых технологических принципов, изначально направленных на создание малоотходных и энергосберегающих производств.

В настоящее время для решения задач, связанных с проблемами экологии и энергосбережения, используются два принципиально отличных друг от друга подхода [6]. Первый подход предусматривает реконструкцию действующих производств путем разработки и введения в строй дополнительного оборудования для выделения и переработки отходов всех видов. Такой подход малоэффективен, так как он не затрагивает основных принципов технологического оформления процессов. При этом дополнительные затраты на реконструкцию нередко равны затратам на создание нового производства, а иногда и превышают их.

Второй более перспективный подход связан с кардинальным изменением самих технологий за счет использования прогрессивных технологических принципов, позволяющих проводить процессы при высокой эффективности и минимальном негативном воздействии на окружающую среду.

Известно, что при использовании разомкнутых химико-технологических систем в большинстве случаев принципиально невозможно проведение процессов при практически полной конверсии реагентов и полном разделении продуктов реакции из-за наличия термодинамических ограничений, определяемых спецификой структур диаграмм фазового и химического равновесий. Преодоление указанных ограничений возможно при использовании технологического принципа, базирующегося на организации селективного обмена веществом реакционной системы с окружающей средой [6]. Именно наличие такого селективного обмена, независимо от способа его реализации, позволяет создавать в реакционной зоне необходимые условия для протекания целевых реакций с высокими скоростями и обеспечивать в системе в целом высокую конверсию (теоретически вплоть до полного исчерпывания реагентов) и селективность. Все это, в конечном счете, и является основой создания современных энергосберегающих и экологически чистых технологий.

В настоящее время в подавляющем большинстве технологий для реализации селективного обмена веществом используется принцип рециркуляции [7], заключающийся в возврате в зону реакции непрореагировавшего сырья за счет внешних рециклов (процессы, в которых синтез и разделение продуктов проводятся раздельно и последовательно). Однако в последнее время на практике все чаще используются совмещенные реакционно-массообменные процессы [6] (процессы с внутренними рециклами, в которых синтез и разделение проводятся в рамках одного массообменного аппарата). Очевидно, что разработка качественных и количественных методов анализа и синтеза технологических схем (ХТС), использующих принцип селективного обмена веществом с окружающей средой, в частности рециркуляционных и совмещенных процессов, открывает возможности построения ХТС, обеспечивающих практически полную конверсию реагентов при минимальных энергетических затратах.