Методология проектирования и реконструкции промышленных аппаратов разделения и превращения углеводородов

• Автор: Елизаров, Виталий Викторович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 355 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ АППАРАТОВ РАЗДЕЛЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ.
1.1. Характеристика процессов разделения и превращения углеводородов в производствах нефтепереработки и нефтехимии. Существующие подходы в задачах проектирования промышленных аппаратов.
1.2. Проблемы и перспективы проектирования промышленных аппаратов химической технологии
1.3. Сопряженное физическое и математическое моделирование структуры потока на тарелках массообменных аппаратов.
1.4.Постановка проблемы проектирования многокритериальных промышленных аппаратов и систем в стационарных и нестационарных условиях функционирования
Выводы
ГЛАВА II. МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ АППАРАТОВ И СИСТЕМ В СТАЦИОНАРНЫХ УСЛОВИЯХ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ

2.1. Оптимальное проектирование аппаратов на основе сопряжен

ного физического и математического моделирования

2.1.1 .Постановка задачи проектирования аппарата
2.1.2. Эквивалентное преобразование задачи
2.1.3 .Алгоритм проектирования аппаратов
2.2. Проектирование технологических процессов по агрегированным показателям функционирования.
2.2.1. Эквивалентное преобразование задачи
2.2.2. Построение допустимой стратегии
2.2.3. Метод построения стратегии проектирования на основе динамического программирования.
2.2.4. Алгоритм расчета допустимой стратегии проектирования
2.3. Проектирование технологических процессов по смешанным показателям функционирования
2.4. Проектирование технологических процессов с обратной связью
Выводы. Л
ГЛАВА III. ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕКОНСТРУКЦИИ УСТАНОВКИ
РАЗДЕЛЕНИЯ ВОДНОГЛИКОЛЕВОГО РАСТВОРА.
3.1. Математическое моделирование и анализ работы действующей
установки разделения водногликолевого раствора
3.1.1 Уравнения материального и теплового балансов процесса
многокомпонентной ректификации.
3.1.2. Анализ работы действующей установки
3.1.3. Определение эффективности контактных устройств на основе
гидродинамической аналогии
3.2. Разработка и экспериментальное исследование регулярной рулонной насадки
3.2.1. Характеристика конструкции насадки и экспериментальной установки.
3.2.2. Результаты исследования гидродинамических характеристик рулонной насадки
3.2.3. Массоотдача при турбулентном движении пленки жидкости
3.2.4. Массоотдача в газовой фазе на рулонной насадке
3.3. Реконструкция установки разделения водногликолевого
раствора.
Выводы
ГЛАВА IV. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК РАЗДЕЛЕНИЯ НЕКОТОРЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ
4.1. Проектирование технологических параметров установки разделения хлорметилизобутиленовой фракции в каскаде ректификационных колонн
4.1.1. Постановка задачи и ее преобразование
4.1.2. Алгоритм построения допустимой стратегии проектирования.
4.1.3. Результаты проектирования
4.2. Проектирование технологической установки разделения ШФЛУ
4.2.1. Постановка задачи
4.2.2. Математическая модель процесса. Экспериментальное исследование процесса разделения и достоверность математических моделей.
4.2.3. Алгоритм проектирования установки. Результаты моделирования установки.
4.2.4. Оптимизация технологических режимов установки разделения
Выводы
ГЛАВА V. МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ АППАРАТОВ И СИСТЕМ В НЕСТАЦИОНАРНЫХ УСЛОВИЯХ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ.
5.1. Постановка задачи проектирования.
5.2.Функциональное уравнение динамического программирования
в многокритериальных задачах синтеза
5.3. Алгоритм решения задачи проектирования.
5.4. Решение задачи методом последовательного перебора
функционалов
ГЛАВА VI. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТРУБЧАТОГО РЕАКТОРА СИНТЕЗА ЭФИРОВ ИЗ С5 ФРАКЦИЙ УГЛЕВОДОРОДОВ.
6.1. Описание технологического процесса синтеза эфиров
6.2. Кинетика реакций синтеза эфиров в трубчатом реакторе.
6.3. Уравнения теплового баланса реактора.
6.4. Постановка и условия разрешимости задачи проектирования
6.5. Решение уравнений кинетики при постоянной температуре Т
в зоне реакции
6.6 Моделирование температурного поля в зоне реакции по заданной степени превращения изоамиленов и пипериленов
6.7. Определение технологических параметров теплоносителя и конструктивных параметров реактора.
6.8. Проектирование промышленного трубчатого реактора синтеза эфиров при заданной степени превращения изоамиленов и
пипериленов
Выводы.
ГЛАВА VII. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ,ТИНЕЙНЫХ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
7.1. Постановка и условия разрешимое ги задачи.
7.2. Алгоритм решения задачи проектирования
7.3. Проектирование управления линейным процессом I порядка
7.4. Проектирование технологического режима в кубе ректификационной колонны процесса синтеза эфиров
Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Не существует датчиков для измерения таких параметров, как константы скорости реакции, коэффициенты теплопередачи и др. Трудность выбора критерия оптимизации, а также неопределенность исходной информации, выраженная в неточности применяемых математических моделей и неточности исходных данных об условиях функционирования или проектирования ХТС , существенно усложняют процесс оптимизации ХТС и приводят к результатам, крайне редко воспроизводимым в условиях производства. Несмотря на активно развивающиеся идеи решения оптимизационных задач в условиях неопределенности с учетом ограничения гибкости , , , применение данных задач при проектировании ХТС существенно ограничено в силу недостаточной проработки методов их решения. При проектировании ХТП иногда требуется максимизировать минимизировать несколько критериев, такие задачи относятся к задачам многокритериальной или векторной оптимизации, решение которых, как правило, сводится к решению однокритериальной задачи . В частности, возможно использование методов главного критерия, линейной свертки, максиминной свертки, широко применяемых в задачах синтеза структуры ХТС . Другим способом определения решения задачи многокритериальной оптимизации является построение множества Парето, включающего все эффективные решения задачи . Применяемые в промышленности химические реакторы отличаются большим разнообразием форм. Число фаз, необходимых для проведения целевой реакции гомогенные или гетерогенные реакции. Периодический или непрерывный характер производства. Работа реактора может протекать в следующих режимах изотермическом, адиабатическом, неизотермическом и неадиабатическом. При проектировании каталитических реакторов необходимы различные исходные данные режим работы реактора, область температур и давлений, в которой должен работать реактор, тип конструкции, кинетическое уравнение скорости реакции, физикохимические характеристики процесса. Легче всего поддается расчету изотермический реактор вследствие постоянства скоростей реакции и констант равновесия. Имея зависимость степени превращения х от скорости химической реакции г можно определить количество катализатора Ж в зависимости от количества подаваемого вещества Г . Зная объем одной трубы трубчатого реактора, находится количество труб
Результаты реакции можно представить двумя способами как степень превращения в зависимости от IVЯ и непосредственно, в виде кинетического уравнения скорости реакции. К К ехр ЕЯТ, 1. Е энергия активации компонента, Т температура реакции, Я универсальная газовая постоянная. Процесс теплообмена между зоной реакции и охлаждающим нагревающим агентом определяется гидродинамикой реакционной смеси в слое. Для расчета поверхности теплопередачи количество или длина труб реактора необходимо знание коэффициента теплопередачи, а его значение определяется гидродинамикой в слое и области движения охлаждающего теплоносителя. При одновременном протекании нескольких реакций задача расчета объема катализатора У по уравнению 1. В адиабатических реакторах температура непрерывно изменятся, вследствие чего меняются константы кинетического уравнения. Здесь для каждого значения температуры вычисляется степень превращения, скорости химической реакции г, определяется зависимость 1г от д и по уравнению 1. IV. Гораздо труднее рассчитать неизотермический и неадиабатический реакторы. По мере протекания реакции температура меняется в зависимости от тепловыделения реакции и теплопередачи через стенки реактора во внешнее пространство. Вследствие потока тепла через стенки реактора, возникает поперечный температурный градиент. Для определения полей температуры и концентрации используется законы сохранения массы и энергии . V. сгс. Ау и вектор скорости коэффициент продольной диффузии у стехиометрическое количество молей компонента А, Руф эффективная скорость реакции сг средняя мольная теплоемкость г среднее время пребывания компонента в реакторе Язф эффективный коэффициент теплопроводности АН теплота реакции температура сЛ1 объемная мольная концентрация. В результате оценки масштабов проточного реактора в уравнениях 1.