Разработка теоретических основ анализа стационарных режимов реакционно-массообменных процессов

• Автор: Писаренко, Юрий Андрианович
• Шифр специальности: 05.17.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 459 с. : ил.

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ТОНКОЙ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ им. М.В. ЛОМОНОСОВА
на правах рукописи
ПИСАРЕНКО ЮРИЙ АНДРИАНОВИЧ
РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ АНАЛИЗА СТАЦИОНАРНЫХ РЕЖИМОВ РЕАКЦИОННО-МАССООБМЕННЫХ
ПРОЦЕССОВ
05.17.04. Технология продуктов тяжелого (или основного) органического синтеза
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук
Научный консультант — академик Международной и Российской инженерных академий, доктор технических наук, профессор Серафимов Л.А.
Москва —1998 г.

СО ДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. Вопросы теории и практики использования
реакционно-массообменпых процессов
1.1. Понятие совмещенного реакционно-массообменного процесса
1.2. Основные преимущества реакционно-массообменных процессов
1.3. Современные представления о возможных областях использования и способах разработки совмещенных процессов
1.4. Совмещенные процессы: проблемы и перспективы
1.5. Выводы и постановка задачи исследования
ГЛАВА И. Оценка влияния избирательного обмена на
химическое превращение в открытых системах
2.1. Вывод критерия для оценки влияния избирательного
обмена на брутто-скорость химического превращения
2.2. Оценка влияния альтернативных вариантов организации избирательного обмена на скорость химического превращения в изотермическом проточном реакторе с однородной по составу реакционной зоной
2.3. Выделение областей разнохарактерного влияния избирательного обмена на химическое превращение
2.3.1. Модельная реакционная система (прототип реакционной системы получения метилтретбутилового эфира)
2.3.2. Реакционная система процесса переэтерификации аллилацетата н.бутанолом с получением аллилового спирта и бутилацетата
ГЛАВА III. Анализ статики НСРРП — развитие
традиционного подхода
3.1. Стехиометрические закономерности реакционных систем
3.2. Анализ особенности расположения многообразия химического равновесия в концентрационном симплексе
3.3. Оценка направленности разделительной и химической составляющих в анализе статики реакционно-ректификационных процессов
3.3.1. Основные пути совершенствования анализа статики — учет производительности химической и разделительной составляющих НСРРП
3.3.2. Использование режимов бесконечной эффективности в анализе статики совмещенного процесса
3.3.3. К определению траектории совмещенного процесса
3.3.4. Разделительные режимы с бесконечной эффективностью
3.3.5. Траектории реакционно-ректификационных процессов
в режимах с бесконечной интенсивностью внутренних потоков
3.3.6. Особенности функций, представляющих п-кратное фазовое отображение при п—к« и их геометрические образы
3.3.7. Определение траекторий совмещенного процесса,
отвечающих режимам 1-го и П-го заданных разделений

3.3.8. Направленность разделительной составляющей НСРРП
3.3.9. Химическая составляющая НСРРП. Достаточное условие реализации предельных стационарных состояний
3.3.10. Анализ взаимного расположения траекторий НСРРП
и многообразия химического равновесия
3.3.11. Алгоритм анализа направленности химической составляющей
и достижимости предельных стационарных состояний
3.3.12. Описание основных блоков программы автоматизированного анализа статики
3.4. Использование промышленных и модельных НСРРП
3.4.1. Процесс получения бутилацетата этерификацией уксусной
кислоты бутанолом
3.4.2. Процесс получения бутилацетата бутанолизом метилацетата
3.4.3. Процесс получения аллилового спирта гидролизом аллилацетата
3.4.4. Процесс гидролиза метилацетата
3.4.5. Процесс получения аллилового спирта бутанолизом аллилацетата
3.4.6. Процесс получения пропилацетата
3.4.7. Процесс получения этилацетата этерификацией этанола
3.4.8. Процесс получения метилтретбутилового эфира
3.4.9. Процесс получения этилформиата
ГЛАВА IV. Разработка алгоритмов расчета реакционномассообменных процессов, выделяющих полное множество стационарных состояний при фиксированном наборе рабочих параметров
4.1. Расчет стационарных режимов одноотборных реакционноректификационных процессов с однородной локализованной реакционной зоной
4.2. Расчет стационарных режимов одноотборных НСРРП с распределенной реакционной зоной
4.3. Универсальный алгоритм расчета стационарных режимов реакционно-массообменных аппаратов
ГЛАВА V. Исследование динамики реакционно-массообменных
процессов
5.1. Основные теоретические положения
5.2. Исследование явления полистационарности на примере реакционно-ректификационного процесса получения бутилацетата
5.2.1. Способы получения бутилацетата
5.2.2. Уточнение фазового портрета системы вода— 1-бутанол— уксусная кислота—бутилацетат
5.2.3. Анализ возможных стационарных состояний процесса
5.2.3.1. Качественное определение наличия эффекта полистационарности в одноотборных НСРРП
5.2.3.2. Определение возможных стационарных состояний в НСРРП получения бутилацетата посредством вычислительного эксперимента
точно для построения универсального метода выделения и анализа стационарных режимов указанных процессов, то есть анализа их статики.
В достаточной степени формализованная процедура анализа статики РРП с локализованной реакционной зоной стимулировала попытки алгоритмизации и программной реализации отдельных ее этапов [91,129, 139,152,153,180]. Однако дальнейшего развития подобные работы не получили поскольку в них не была решена задача локализации разделяющих многообразий ректификации реакционных систем.
Перейдем теперь к анализу второго этапа - исследованию совмещенного процесса на основе математического моделирования.
Этап математического моделирования тесно связан с этапом исследования статики процесса. Во-первых, для него необходима информация о физико-химических свойствах реакционных систем. Вопросы сбора и обработки информации необходимой для математического моделирования и расчета реакционно-ректификационного процесса рассмотрены в серии работ [67,68,75,88,89,91,92,101-104,114-116,142,150,151,167,173,174,185,186,195, 207-209,215,241,244,249,255,265-267,270,274,293,302,303,305]. Во-вторых, качественные исследования статики совмещенных процессов определяют организацию потоков в комплексе аппаратов, включающих реакционномассообменный; условия размещения реакционной зоны; составы продуктовых потоков и ряд других показателей, делающих само моделирование более целенаправленным и экономным.
Необходимость данного этапа обусловлена рядом причин, основная из которых — то, что модель, принятая в каноническом анализе статики, зачастую не соответствует реальным условиям проведения процесса, и поэтому результаты, полученные на ее основе, требуют дополнительной корректировки. Например, в случае практической реализации предельных стационарных состояний невозможно осуществить режимы с бесконечно большой эффективностью аппарата по разделению. Иногда не удается обеспечить согласованную производительность разделительной и химической составляю-