Разработка метода анализа стационарных состояний рециркуляционных реакционно-ректификационных процессов

• Автор: Благов, Сергей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.17.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 195 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ РЕЦИРКУЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ
1.1. Рециркуляция - технологический принцип создания эффективных технологий
1.1.1. Технический аспект
ГЛ.2. Химический аспект
1.1.3. Технико-экономический аспект
1.1.4. Экологический аспект
1.2. Системный анализ - основа стратегии исследования рециркуляционных систем
1.3. Рециркуляция в химических процессах
1.4. Рециркуляция в ректификационных системах разделения
1.5. Совмещенные реакционно-ректификационные процессы
1.6. Методы расчета рециркуляционных систем
1.7. Проверка работоспособности и анализ стационарных состояний
1.8. Постановка задачи проверки принципиальной работоспособности и анализа стационарных состояний
ГЛАВА 2. АППРОКСИМАЦИОННЫЙ МЕТОД АНАЛИЗА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И СТАЦИОНАРНЫХ СОСТОЯНИЙ РЕЦИРКУЛЯЦИОННЫХ ХТС :
2.1. Общая характеристика
2.2. Допущения и ограничесния
2.2.1. Понятие предельной ХТС
2.2.2. Базовые технологические элементы
2.3. Математические модели
2.3.1. Уравнения материального баланса. Выбор переменных состояния
2.3.2. Простая ректификационная колонна
2.3.3. Равновесный химический реактор
2.3.4. Флорентийский сосуд
2.3.5. Совмещенная реакционно-ректификационная колонна
2.4. Процедура проверки работоспособности ХТС
2.4.1. Оценка минимального потока рецикла
2.4.2. Оценка максимальной степени превращения
2.4.3. Алгоритм процедуры анализа работоспособности
ГЛАВА 3. ПРИМЕРЫ АНАЛИЗА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И
СТАЦИОНАРНЫХ СОСТОЯНИЙ РЕЦИРКУЛЯЦИОННЫХ ХТС
3.1. Анализ работоспособности ХТС, в которой используется принцип
перераспределения полей концентраций за счет химической реакции

3.1.1. Описание принципиальной технологической схемы
3.1.2. Постановка задачи. Принятые допущения
3.1.3. Полное множество предельных типов разделения
3.1.4. Уравнения материального баланса
3.1.5. Проверка возможности реализации стационарных состояний различных типов
3.1.6. Структура пространства решений
3.2. Анализ стационарных состояний рециркуляционного реакционноректификационного процесса в системе с конкурирующими реакциями
3.2.1. Постановка задачи
3.2.2. Выбор объекта. Принятые допущения
3.2.3. Стехиометрический анализ. Условие полного превращения
3.2.4. Обобщенная структура технологической схемы
3.2.5. Предельные и граничные типы разделения
3.2.6. Математическая модель
3.2.7. Переход к безразмерным переменным и параметрам процесса
3.2.8. Структура параметрического пространства
3.2.9. Примеры множественных стационарных состояний
3.2.10. Область целевого разделения
3.2.11. Устойчивость
3.2.12. Обобщение результатов
ГЛАВА 4. СИНТЕЗ СТРУКТУР ДИАГРАММ ПАРО-ЖИДКОСТНОГО
РАВНОВЕСИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ФАЗОВОГО РАВНОВЕСИЯ
4.1. Постановка задачи
4.2. Особые точки векторного поля нод ;
4.3. Применение правил азеотропии
4.4. Внутренние узловые азеотропы
4.4.1. Области притяжения внутренних узлов
4.4.2. Условие существования внутреннего узлового азеотропа
4.5. Внутренние седловые азеотропы
4.5.1. Понятие (т-2)-индексного единичного А'-многообразия
4.5.2. Закон движения по (т-2)-индексному единичному АГ-многообразию
4.5.3. Идентификация внутреннего азеотропа на (т-2)-индексном единичном К-многообразии
4.6. Структурный граф и матрица ректификации
4.6.1. Понятия структурного графа и матрицы ректификации
4.6.2. Синтез структурной матрицы ректификации
4.6.3. Грубые состояния динамической системы открытого испарения
4.6.4. Бинарные смеси
4.6.5. Трехкомпонентные смеси
4.6.6. Четырехкомпонентные смеси
4.7. Разделяющие многообразия в четырехкомпонентных системах
4.7.1. Свойства разделяющих поверхностей в тетраэдре
4.7.2. Грубые динамические системы открытого испарения в четырехкомпонентных смесях

4.7.3. Геометрические характеристики контуров пересечения разделяющих многообразий с поверхностью тетраэдра
4.7.4. Допустимые типы сегментов контуров и варианты их стыковки
4.7.5. Гладкость разделяющего многообразия как критерий согласованной структуры диаграммы паро-жидкостного равновесия
4.7.6. Выделение замкнутых контуров на поверхности тетраэдра
4.7.7. Уравнения особых точек двумерных векторных полей равновесных нод
4.7.8. Особые точки контуров. Проверка согласованности особых точек контура
4.8. Алгоритм выделения разделяющих многообразий
4.8.1. Блок-схема алгоритма
4.8.2. Синтез (неполной) структурной матрицы ректификации на основе данных диаграмм ПЖР трехкомпонентных составляющих смеси
4.8.3. Проверка правил азеотропии
4.8.4. Проверка критерия существования разделяющих многообразий
4.8.5. Определение дополнительных граничных связей типа узел - узел
4.8.6. Синтез полного множества сегментов на гранях тетраэдра
4.8.7. Синтез полного множества замкнутых контуров на поверхности тетраэдра
4.8.8. Проверка контуров на согласованность особых точек
4.8.9. Синтез структурных графов двумерных многообразий, соответствующих выделенным контурам
4.8.10. Отсечение незначимых областей на структурных графах разделяющих многообразий
4.8.11. Выделение множества взаимно непротиворечивых структурных графов двумерных разделяющих многообразий
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

2.2. Допущения и ограничения
2.2.1. Понятие предельной ХТС
В настоящее время общепринятым, универсальным методом анализа работоспособности ХТС (также как и анализа стационарных состояний) является компьютерное моделирование. При этом используются достаточно сложные математические модели, как аппаратов схемы, так и элементарных физико-химических процессов, протекающих в этих аппаратов. При численном моделировании доказательство работоспособности ХТС сопряжено с поиском значений параметров, обеспечивающих получение продуктов заданного качества. В общем случае, таких параметров может быть достаточно много. Многомерность в совокупности с существенной нелинейностью полной модели замкнутых ХТС - две основные причины, которые, с одной стороны, не позволяют применять точные аналитические методы исследования моделей, и которые, с другой стороны, могут приводить к различным проблемам при численном моделировании.
Задача анализа ХТС может рассматриваться в практическом и теоретическом аспектах. В обоих случаях структура ХТС (например, в форме потокового графа или матрицы инцидентности [128]), а также состояние сырья считаются заданными. Однако в первом случае заданными являются также и параметры выходных продуктов (количество, чистота/содержание/состав, степень превращения), причем обычно в виде некоторой системы ограничений типа неравенств. В этом случае нельзя говорить о выделении какого-либо продукта в чистом виде, так как для этого потребовалась бы, в частности, ректификационная колонна бесконечной эффективности (бесконечной высоты). Наоборот, с точки зрения теоретического анализа, имеет смысл говорить о так называемых предельных состояниях, которые не могут быть практически реализованы (в силу ‘использования’ таких абстрактных, идеализированных аппаратов, как ректификационные колонны бесконечной высоты), но в которых можно рассматривать задачу выделения потоков индивидуальных компонентов или продуктовых потоков любого заданного качества (ограничения типа равенств). Очевидно, что эти две постановки задачи тесно взаимосвязаны, так как ‘предельная’ ХТС может служить в качестве базового варианта для практической реализации.
В связи с этим, в настоящей работе химико-технологические системы рассматриваются в теоретическом аспекте для анализа своих предельных стационарных состояний, так как именно , анализ предельных ХТС позволяет ответить на вопрос о принципиальной работоспособности. Под принципиальной работоспособностью здесь понимаем теоретическую возможность достижения полной (или некоторой заданной) конверсии