Разработка энергосберегающих технологий экстрактивной ректификации, включающих сложные колонны с боковой секцией

• Автор: Анохина, Елена Анатольевна
• Шифр специальности: 05.17.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 317 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Экстрактивная ректификация как один из методов разделения неидеальных смесей.

1.2. Синтез энергосберегающих схем ректификации

1.2.1. Синтез множества ТСР, состоящих из простых двухсекционных

колонн.

1.2.2. Термодинамически обратимая ректификация.

1.2.3. Комплексы со связанными тепловыми и материальными

потоками и с обратимым смешением потоков.

1.2.4. Сопоставительный анализ схем ректификационного разделения зеотропных смесей, содержащих сложные колонны
1.2.5. Синтез множества ТСР, содержащих сложные колонны
1.3. Постановка задачи исследования
2. СИНТЕЗ СХЕМ ЭКСТРАКТИВНОЙ РЕКТИФИКАЦИИ,
ВКЛЮЧАЮЩИХ СЛОЖНЫЕ КОЛОННЫ
2.1. Разработка метода синтеза схем экстрактивной ректификации,
включающих сложные колонны с частично связанными тепловыми и материальными потоками, на основе
трансформации графов
2.2. Выбор агрегатного состояния бокового отбора в сложных
колоннах.
3. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПЛЕКСОВ С ЧАСТИЧНО СВЯЗАННЫМИ ТЕПЛОВЫМИ И МАТЕРИАЛЬНЫМИ ПОТОКАМИ В ТЕХНОЛОГИЯХ ЭКСТРАКТИВНОЙ
РЕКТИФИКАЦИИ БИНАРНЫХ АЗЕОТРОПНЫХ СМЕСЕЙ
3.1. Объекты исследования.
3.2. Моделирование парожидкостного равновесия.
3.3. Оценка эффективности схем экстрактивной ректификации
смеси ацетонхлороформ
3.4. Оценка эффективности схем экстрактивной ректификации
смеси аллиловый спирталлилацетат
3.5. Обсуждение полученных результатов.
4. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЛОЖНЫХ
КОЛОНН С БОКОВЫМИ СЕКЦИЯМИ В ТЕХНОЛОГИЯХ
ЭКСТРАКТИВНОЙ РЕКТИФИКАЦИИ ТРЕХКОМПОНЕНТНЫХ
СМЕСЕЙ.
4.1. Моделирование фазового равновесия.
4.2. Параметрическая оптимизация традиционной схемы ЭР смеси ацетонгексанэтанол.
4.3. Разработка энергосберегающей схемы экстрактивной ректификации смеси ацетонгексанэтанол, включающей сложную колонну с
боковой секцией
ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Если рассматривать только последовательность колонн и фракций, то каждый из таких циклов может быть стянут в одну вершину, которая соответствует колонне, а промежуточные фракции опущены. Тогда исходный мультиграф преобразуется в граф-дерево (рис. Исключением вершин, степень которых равна единице, может быть получен граф с корнем (рис. Этот граф определяет только структуру взаимосвязи ректификационных колонн и место первой колонны в технологической схеме. Далее в работе рассмотрено перечисление схем различных классов эквивалентности, основанное на использовании перехода от одного наиболее простого класса графов к более сложным классам. Рис. Мультиграф технологической схемы ректификации. Рис. Граф-дерево: а - взаимосвязи ректификационных колонн, исходной смеси и конечных фракций; б - взаимосвязи ректификационных колонн; • -колонны; О-конечные фракции и исходная смесь; •- корневая вершина (вход исходной смеси). В основу разбиения на классы эквивалентности схем положено свойство, характеризующее степень разветвленности графа. Линейные графы. В линейном графе-дереве корневой вершиной является одна из вершин степени 1, или из так называемых висячих вершин. Билинейные графы. У данного графа корневая вершина имеет степень 2. Разветвленные графы. Графы, содержащие вершины степени 3. В зависимости от числа таких вершин этот класс распадается на ряд подклассов: с одним; с двумя и с тремя разветвлениями. Примеры графов, соответствующих различным классам эквивалентности схем, для случая разделения шестикомпонентной смеси представлены на рис. Авторы [] отмечают, что число вариантов схем резко возрастает с увеличением числа компонентов, что происходит в основном за счет появления разветвленных графов (схем). Наименьшее число вариантов соответствует линейным структурам, несколько большее число вариантов у схем билинейного типа, а для разветвленных структур их на порядок больше (табл. Рис. Корневые деревья, соответствующие различным классам технологических схем: а - линейный граф; б, б - билинейные графы; г - е - разветвленные графы. Таблица 1. Число технологических схем в различных классах эквивалентности. В последнее время за рубежом интенсивно развиваются методы синтеза ТСР, основанные на суперструктуре и Р-графах [—]. Суперструктура представляет собой граф, в котором вершины соединены между собой ориентированными ребрами. Авторы [] рассмотрели два крайних типа суперструктур. В суперструктуре первого типа вершины соответствуют всем возможным фракциям, которые образуются при разделении исходной смеси. В суперструктуре второго типа вершины эксплицируют аппараты технологической схемы. В работе выполнена оценка влияния выбранного типа суперструктуры на модель оптимизации. В работе [] суперструктура используется для синтеза схем, включающих разнородные операторы разделения, с любым числом компонентов, питаний и продуктов. Суперстуктура включает аппараты трех типов: делители, сепараторы и смесители. Под сепаратором подразумевается аппарат, в котором реализуется тот или иной метод разделения. При этом задача формулируется в общем виде: необходимо определить оптимальную последовательность разделения л-компонентных потоков питания на 2 или более продуктовых потока. При генерации суперструктуры предполагается, что для каждого класса схем возможны только оптимальные последовательности без рециклов, в которых смесители связаны лишь с выходящими потоками. Это позволяет снизить число возможных конфигураций. Для каждого возможного разделения создается сепаратор и бай-пас для каждого смесителя, созданного на этапе 2. Генерируются делители для каждого из выходных потоков сепараторов, установленных на этапе 3. После этого этапы 3 и 4 повторяются до тех пор, пока не будет построена полная суперструктура. Очевидно, что один и тот же поток можно разделить разными методами. Поэтому для каждого потока рассматривается некоторая группа возможных сепараторов, из которой выбирается один, обеспечивающий минимальные энергозатраты. После этого он соединяется с делителем. Естественно размер суперструктуры возрастает с ростом числа компонентов в исходной смеси и возможных типов сепараторов.