Специальные режимы ректификации и их использование в оптимизации химико-технологических схем

• Автор: Мавлеткулова, Полина Олеговна
• Шифр специальности: 05.17.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 170 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Обратимая ректификация

1.2. Термодинамические потери в процессе ректификации

1.3. Режим минимальной флегмы

1.4. Тангенциальный пинч

1.5. Режим бесконечной разделительной способности (бесконечная флегма в бесконечных колоннах)

1.6. Синтез оптимальных схем ректификации

1.7. Критерии оптимизации

1.8. Выводы по литературному обзору, формулирование цели и задач диссертационного исследования
ГЛАВА 2. ДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА РЕКТИФИКАЦИИ
2.1. Общие свойства динамических систем ректификации многокомпонентных смесей
2.2. Структура и основные элементы математической модели непрерывной ректификации многокомпонентных смесей
2.3. Вывод и анализ простой математической модели процесса ректификации многокомпонентных смесей
2.4. Режим бесконечного флегмового числа и реализация особых точек динамической системы
2.5. Общие условия появления особых точек
2.6. Типы особых точек динамической системы ректификации
ГЛАВА 3. СПЕЦИАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ РЕКТИФИКАЦИИ
3.1. Режим четкого и получеткого разделения
3.2. Режим четкой ректификации
3.3. Режим обратимой ректификации
3.4. Режим первого класса фракционирования
3.5. Режим минимального флегмового числа
3.6. Пинч-режим
3.7. Режим ректификации при бесконечном числе ступеней разделения и бесконечном флегмовом числе
ГЛАВА 4. АНАЛОГИ ЕДИНИЧНЫХ МНОГООБРАЗИЙ КАК ЭЛЕМЕНТЫ КАЧЕСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДИСТИЛЛЯЦИИ И РЕКТИФИКАЦИИ
4.1. Единичные К- и a-многообразия процесса открытого равновесного испарения
4.2. Теоретический аЕЕализ аналогов единичных К- и а-многообразий
ГЛАВА 5. ПРИМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ОТДЕЛЬНЫХ СПЕЦИАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
5.1. Выявление активных фракций
5.2. Определение количества активных фракций в «-компонентных зеотропных смесях и построение графов разделения
5.3. Критерий выбора оптимального варианта разделения
5.4. Сравнение режимов первого и второго заданного разделения при ректификации трехкомпонентных зеотропных смесей
5.5. Сравнение режимов четкого разделения при ректификации трехкомпонентных зеотропных смесей
5.6. Анализ затрат на получение отдельных фракций при разделении четырехкомпонентных зеотропных смесей
ВЫВОДЫ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНА
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Ректификация является одним из самых энергетически затратных процессов разделения. Вместе с тем это самый распространенный в российской и зарубежной промышленности метод разделения многокомпонентных жидких смесей. По универсальности ему нет равных. Поэтому актуальным является поиск решений, которые позволят снизить энергопотребление.
Применение рассматриваемого процесса с целью выделения практически чистых компонентов из многокомпонентных смесей подразумевает использование линейных схем или функциональных комплексов, состоящих из нескольких колонн ректификации, охваченных рециклом. Число и параметры работы колонн зависят от компонентности и степени неидеальности исходной смеси. При выборе из ряда линейных схем или комплексов, известных на сегодня, оптимального по энергетическим и капитальным затратам варианта, необходимы качественные и количественные способы, построенные на тер-модинамико-топологическом анализе диаграмм фазового равновесия, теории динамических систем, а также достижениях в области математического моделирования и оптимизации технологических процессов. Теория динамических систем в сочетании с термодинамико-топологическим анализом позволяет качественно решить многие вопросы ректификации, а математическое моделирование, основанное на принципе перехода от технологической схемы к конкретному аппарату, позволяет определить оптимальный способ разделения многокомпонентной смеси с использованием процесса ректификации или сочетания данного метода с другими.
Определяющую роль в оптимизации объектов химической технологии играет структура технологической схемы, особенно в случаях, когда наряду с аппаратами химического превращения для выделения целевого продукта используют однородные или разнородные схемы разделения. Оптимизация отдельных аппаратов, независимо от того является этот аппарат реактором или

ГЛАВА 2. ДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА РЕКТИФИКАЦИИ
Математические модели ректификационного процесса могут быть дискретными или непрерывными, в последнем случае появляется возможность использовать теорию обыкновенных дифференциальных уравнений. Построенная в дифференциальной форме математическая модель позволяет представить свойства динамической системы ректификации многокомпонентных смесей в целом.
Прежде всего, необходимо отметить, что существует много моделей массообмена между жидкостью и паром, отличающихся друг от друга принципами, положенными в их основу, и сложностью. Множество математических моделей массообмена обусловлено необходимостью учета чрезвычайно сложных гидродинамических условий, в которых протекает массообмен между фазами.
Исторически первой теорией массопереноса была пленочная теория Нернста, предположившего, что в двухфазной системе к поверхности твердого тела прилегает неподвижный слой жидкости, массоперенос в котором носит стационарный характер [123]. Другая теория, весьма близкая к взглядам Нернста, была предложена Лангмюром [124]. Лангмюр также считал пленку неподвижной, и именно в ней, по его мнению, было сосредоточено сопротивление массопереносу. Усилиями таких ученых как Прандтль [125], Тейлор [126] и Карман [127] созрело понимание роли гидродинамики в процессах переноса массы.
Не останавливаясь на различных теориях, которых очень много, необходимо отметить, что в подавляющем большинстве этих теорий контактирующие потоки жидкости и пара подразделяются на основной объем потока с постоянным в данный момент составом и некоторый слой, в котором вдет молекулярная диффузия. Толщина слоев зависит от степени турбулизации основных потоков и, следовательно, сопротивление массопереносу каждой из