Прототипирование ректификации веществ со сферическим межмолекулярным потенциалом

• Автор: Динмухаметова, Резеда Айратовна
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 115 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ АЛГОРИТМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ АППАРАТОВ

РАЗДЕЛЕНИЯ ВЕЩЕСТВ

1Л Определение эффективности аппаратов разделения веществ

1.2 Основные подходы расчета условий фазового равновесия пар-

жидкость

1.3 Уравнения состояния

ГЛАВА 2. ПРИНЦИПЫ ЗАМЫКАНИЯ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ

2.1 Анализ приближений, используемых в существующих моделях замыкания аналитической термодинамики, и формулировка возможностей их обоснования и уточнения
2.2 Нелинейная динамика, принцип самоподобия и сценарий удвоения периода в критической точке и на линии Холерана
2.3 Применение теории подобия для замыкания аналитической
термодинамики на линии фазового равновесия
2.4 Подобие состояний на фазовой диаграмме
ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАМЫКАНИЯ ТЕРМОДИНАМИКИ
3.1 Уравнения термодинамики и асимптотики для замыкания
3.2 Модель, квадратично связывающая функционалы
3.3 Аппроксимация функции распределения дельта-функцией
3.4 Использование принципа независимости потоков
3.5 Замыкание на основе потенциала Сазерленда
ГЛАВА 4. ЗАМКНУТОЕ ТЕРМИЧЕСКОЕ УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ

4.1 Замыкание уравнения состояния в переменных Р, 8 в первом приближении
4.2 Система уравнений в переменных Р, Б для получения термического уравнения состояния и ее решение методом характеристик
4.3 Замыкание термического уравнения состояния в переменных Р, в с учетом второго приближения
4.4 Получение замкнутого термического уравнения состояния с применением асимптотик
ГЛАВА 5. АЛГОРИТМ ПРОТОТИПИРОВАНИЯ АППАРАТОВ РАЗДЕЛЕНИЯ ВЕЩЕСТВ
5.1 Теоретические основы генерирования парного потенциала межмолекулярного взаимодействия веществ
5.2 Квантово-механическая модель межмолекулярного взаимодействия для водорода
5.3 Определение параметров потенциала Леннард-Джонса для многоатомных молекул
5.4 Замкнутый алгоритм определения эффективности контактных ступеней аппаратов разделения веществ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
В связи с появлением большого количества новых синтезированных веществ возникает необходимость предпроектной оценки их технологической и экономической эффективности в случае, когда о них нет экспериментальных сведений, кроме химической формулы и базовых химических свойств. «Судя по статистике, в мире сейчас еженедельно синтезируется не менее десяти тысяч новых химических соединений. Число уже синтезированных органических соединений превысило 18 миллионов...если в начале развития науки важно накопить «критическую массу» знаний, то в развитой науке появляется проблема, как же оперировать с этой массой... Например, представитель простейшего класса предельных углеводородов - гектан С100Н202 имеет более 1039 изомеров...» [1]. Подобная ситуация является принципиально новой в области процессов разделения, однако не является абсолютно новой для других областей промышленности и видов технологий.
В последнее время появляется четкое определение термина «прототипирование» [2], как алгоритма поиска прототипов веществ с полезными свойствами, включая затраты на их промышленное производство. Естественно, аналогичная ситуация складывается и в процессах и аппаратах химической технологии.
Процессы разделения веществ в химической технологии занимают одно из ведущих мест по затратам на их организацию. Как правило, они включают процессы абсорбции, адсорбции, жидкостной экстракции и наиболее распространенный процесс - ректификацию. Характерной особенностью процесса ректификации является тот факт, что это очень металлоемкие и капиталоемкие аппараты, требующие существенных материальных и финансовых ресурсов, поэтому точность проектирования этих устройств является определяющим моментом их эффективности.
Существуют стандартные схемы и пакеты для расчета этих устройств, которые в последнее время получили широкое распространение во многом благодаря возможности автоматизации вычислительных процедур с помощью

заключается во введении в уравнение состояния (1.43) параметров, зависящих от температуры.
Кроме уравнений состояния, описывающих поведение чистых веществ, существуют уравнения состояния для смесей. В них параметры уравнений обычно определяются на основе правил смешения [74].
В работе [95], при обсуждении границы применения кубического уравнения состояния для асимметричных смесей н-алканов, и введения модифицированного уравнения состояния Пенга-Робинса-рег (ПР-рег), показано, что уравнение ПР является точным уравнением в том случае, когда параметры чистых компонентов получают регрессией данных по давлению пара и плотности жидкости, обычно с использованием SAFT (Statistical Associating Fluid Theory (Статистическая теория соединения жидкостей)). Уравнение такого вида называется уравнением состояния ПР-рег [95].
Аналогичные рассуждения приводятся в работе [96], где авторы оценивают эффективность уравнения состояния Пенгра-Робинсона (ПР, PR)

V-b V(V + b) + b(V-b)’ (L45)
которое представлено в двух вариантах, названных «простой» и «сложной» моделью. «Простая» модель включает в себя два вида уравнения состояния PR: первый - традиционный, в котором для определения параметров используются экспериментальные критические свойства и фактор ацентричности, второй - где параметры определяются подгонкой по давлению пара и объему жидкости чистых веществ на линии насыщения (называемый PR-fitted или PR-f). В «сложной» модели уравнения состояния получаются из соображений статистической механики с привлечением уравнения состояния Санчес-Лакомба (SL) и двух видов уравнений состояния SAFT: стандартного [90] и Perturbed-Chain SAFT (PC-SAFT), параметры которых так же находят по данным давления паров и значения объема на линии насыщения со стороны жидкости.