Разработка качественных методов исследования динамических систем ректификации трехкомпонентных зеотропных и азеотропных смесей

• Автор: Тархов, Кирилл Юрьевич
• Шифр специальности: 05.17.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 270 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ .

ВВЕДЕНИЕ .
ГЛАВА 1. КАЧЕСТВЕННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. ПРОЦЕССОВ ДИСТИЛЛЯЦИИ И РЕКТИФИКАЦИИ ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Роль качественных методов в химии и химической технологии

1.2. Термодинамикотопологический анализ структур диаграмм фазового равновесия.

1.3. Динамическая система дистилляции

1.4. Динамическая система ректификации.

1.5. Закономерности и методы расчета режима минимального флегмового числа

1.5.1. Краткая характеристика режимов ректификации.

1.5.2. Методы исследования и расчета режима минимальной флегмы.

1.5.2.1. Методы расчета режима минимальной флегмы для идеальных смесей.
МАТРИЧНЫЕ ПОТАРЕЛОЧНЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА
МЕТОД АНДЕРВУДА
ДОПОЛНЕНИЯ И УТОЧНЕНИЯ МЕТОДА АНДЕРВУДА
МЕТОД ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ
1.5.2.2. Методы расчета режима минимальной флегмы для неидеальных смесей.
1.6. Постановка задачи исследования
ГЛАВА 2. ОСОБЕННОСТИ. ВЛИЯНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ЛЕТУЧЕСТИ КОМПОНЕНТОВ НА РАСЧЕТ И СТРУКТУРУ ДИАГРАММ ФАЗОВОГО РАВНОВЕСИЯ ЖИДКОСТЬПАР МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ ЛЮБОЙ ФИЗИКОХИМИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ. .
2.1. Относительная летучесть компонентов в идеальных и неидеальных смесях
2.2. Уравнение фазового равновесия, выраженное через относительные летучести.
2.3. Матрица относительных летучестей и ее свойства
2.4. Единичные амногообразия
2.5. Условие азеотропии, выраженное через матрицу относительных летучестей.
2.6. Единичные линии в концентрационном симплексе
2.6.1. Диаграммы единичных а линий трехкомпонентных зеотропных смесей.
2.6.1.1. Единичные а линии нулевой кратности
2.6.1.2. Единичные алинии кратности выше нулевой
2.6.2. Диаграммы единичных а линий трехкомпонентных смесей с одним бинарным
азеотропом
ГЛАВА 3. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ МАССОПЕРЕНОСА В ПРИЛОЖЕНИИ К ПРОЦЕССУ РЕКТИФИКАЦИИ БИНАРНЫХ И МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ .
3.1. Уравнение массопереноса в бинарных смесях в терминах диффузионной модели
3.2. Эффективность массопереноса в процессе ректификации.
3.2.1. Эффективность массопереноса в бинарных смесях
3.2.2. Эффективность массопереноса в многокомпонентных смесях.
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАЕКТОРИЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ РЕКТИФИКАЦИИ ТРЕХКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ.
4.1. Методика выявления хода пучков траекторий ректификации пкомпонентных смесей.
4.1.1. Метод определения особых точек динамической системы ректификации.
4.1.2. Общая качественная картина хода траекторий ректификации
4.2. Основные закономерности ректификации в режиме первого класса фракционирования.
4.2.1. Вариантность режима первого класса фракционирования
4.2.2. Сравнение режима обратимой рскгификации с режимом первого класса
фракционирования.
4.2.3. Некоторые соотношения минимальных флегмовых и паровых чисел в первом классе фракционирования.
4.2.4. Траектории ректификации в общем случае режима первого класса
фракционирования
4.2.5. Траектории ректификации в предельных случаях реясима первого класса
фракционирования
4.2.6. Полный фазовый портрет траекторий ректификации в режиме первого класса
фракционирования
ГЛАВА 5. РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМА МИНИМАЛЬНОЙ.
ФЛЕГМЫ ДЛЯ ТРЕХКОМПОНЕНТНЫХ ЗЕОТРОПНЫХ И АЗЕОГРОПНЫХ, СМЕСЕЙ
5.1. Изомногообразия минимального флегмового числа при ректификации трехкомпонентных зеотропных смесей в режиме первого класса фракционирования
5.2. Определение оптимальных вариантов технологических схем разделения трехкомпонентных зеотропных смесей.
5.3. Исследование режима минимального орошения для трехкомпонентных
азеотропных смесей.
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Если речь идет о наиболее распространенных тарельчатых ректификационных колоннах, то тарелку, находящуюся в сечении подачи исходной смеси в колышу, называют тарелкой питания. Часть колонны, находящаяся1 выше тарелки питания, носит название укрепляющей части секции колонны, а часть колонны, располагающаяся ниже тарелки питания, исчерпывающей отгонной части секции колонны. К первой категории можно отнести тарельчатые колонны, а ко второй насадочные, пленочные. В данной работе не приводится история развития методов расчета ректификации. Физическая сущность процесса ректификации заключается в двухстороннем массо и теплообмене между неравновесными потоками, флегмы, стекающей вниз, и пара, поднимающегося вверх по колонне. В результате массообмена пар обогащается компонентами, понижающими его температуру конденсации, а жидкость компонентами, повышающими ее температуру кипения. В связи с этим вопросам массопереноса, массопередачи и массообмена в процессе ректификации бинарных и многокомпонентных смесей посвящено довольно работ . В векторной форме уравнение 1. Этот вектор распадется на вектор, соответствующий равновесной ноде жидкость пар разность граничных концентраций уг х , и вектор рабочей ноды у. Таким образом, движущая сила процесса уг хгух состоит из двух слагаемых. Первое из них уг х вектор равновесной ноды жидкостьпар, который принадлежит векторному полю нод, имеющем специфический фазовый портрет, определяемый физикохимической природой разделяемой смеси. В работе с помощью качественных методов исследования проведен анализ векторного уравнения массопереноса в многокомпонентных смесях, условий реализации особых точек и распределения температур по высоте двухсекционной ректификационной колонны. Здесь возможны следующие случаи
Этот тип особых точек возникает при равенстве векторов нулю и реализуется на одном из концов колонны, которому соответствует вектор состава дистиллята х. Этот же вывод можно получить, исходя из других предположений. В бинарных смесях концентрации по высоте колонны связаны уравнением рабочей линии, получаемой из уравнений материального баланса укрепляющей и исчерпывающей частей колонны. В многокомпонентных системах понятие рабочей линии теряет смысл. Ь и паровой V фазы для укрепляющей секции колонны т 1, для исчерпывающей т 1 хПР вектор состава конечного продукта ректификации дистиллята х или кубового продукта х х текущий состав потока жидкой фазы на определенном уровне колонны. Если хПР я 0, хПРх, тогда ух 0, а при выделении в качестве продуктовых потоков чистых компонентов или азеотропов равна нулю и равновесная нода уг дг0. Поле рабочих нод является центрическим полем с одной особой точкой, расположение которой совпадает с точкой конечного продукта. Результирующее векторное поле, получаемое в виде алгебраической суммы векторного поля равновесных нод и векторного поля рабочих нод, определяет ход траекторий непрерывной ректификации в концентрационном симплексе любой размерности. Топологическая структура такого поля с присущими ему особыми точками и областями пусков траекторий сохраняется при отображении с помощью оператора массопереноса и скалярного множителя. В связи с этим матрица, содержащая коэффициенты массопереноса может быть заменена единичной матрицей Е. С помощью теоремы из доказывается топологическая эквивалентность систем описываемых уравнением 1. А фГХгЬХ, 1. Е единичная матрица. Топологическая эквивалентность означает, что системы 1. Исследование уравнений 1. Показано, что результирующее векгорное поле ректификации воспроизводит особые точки только типа узел и седло . Условия реализации этих особых точек определяются системой алгебраических уравнений, которая в векторном представлении имеет вид 1. При этом в особых точках температура остается постоя вшой. При наложении векторных полей равновесных и рабочих нод друг на друга, получим новые диаграммы векторного поля движущей силы процесса ректификации, которые отражают взаимосвязь термодинамики парожидкостного равновесия и различных режимов ректификации, отличающихся значением флегмового числа.