Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Технология продуктов органического синтеза

Диссертационная работа:

Готлиб Виктор Абрамович. Свойства динамических систем ректификации азеотропных смесей продуктов органического синтеза : ил РГБ ОД 61:85-5/1428

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 4

1. Литературный обзор II

1.1. Динамическая система процесса ректификации II

1.2. Стационарные точки динамических систем.. 15

1.3. Математическое моделирование фазовых равновесий жидкость-жидкость-пар и полиномы Шеффе. 18

1.4. Реним минимального орошения 26

2. Математические модели фазового равновесия жидкость жидкость-пар 30

2.1. Задача исследования 30

2.2. Применение полиномов Шеффе для моделирования би-нодальной кривой (поверхности) 31

2.3. Использование полиномов Шеффе для моделирования кривой распределения трехкомпонентной расслаивающейся смеси 37

2.4. Модель многообразия конод 38

2.5. Программное обеспечение расчета на ЭНЛ регрессионных моделей фазовых равновесий 46

2.6. Выводы и результаты 54

3. Исследование эволюции фазовых портретов систем непрерывной ректификации при изменении их параметров 56

3.1. Предмет исследования 56

3.2. Методика исследования и программное обеспечение.. 57

3.3. Особенности перехода точками границы концентрационного симплекса 62

3.4. Некоторые фундаментальные свойства отображения жидкость-пар многокомпонентных смесей и связь их со свойствами динамической системы ректификации..

3.5. Асимптотика фазового портрета динамической системы ректификации и бифуркации стационарных точек 70

3.6. Скорость движения стационарных точек при изменении параметров т и Хр динамической системы..85

3.7. Локальные геометрические особенности движения стационарных точек трех- и четырехкомпонентных смесей 91

3.8. Качественные закономерности хода линий трехкомпонентных смесей 101

3.9. Точная количественная структура в целом динамической системы ректификации многокомпонентных смесей с постоянной относительной летучестью 106

3.10. Выводы и результаты 119

4. Разработка алгоритма расчета минимального флегмового числа 122

4.1. Применение теории динамических систем в исследовании режима минимального орошения 122

4.2. Алгоритм расчета на ЭВМ минимального флегмового числа 126

4.3. Программа расчета 130

4.4. Расчет минимального флегмового числа колонны уксусно-кислотного производства 131

4.5. Выводы и результаты 135

Основные выводы и результаты работы 136

Список литературы 139

Приложения  

Введение к работе:

В технологии основного органического и нефтехимического синтеза на процессы ректификации приходится большая доля энергетических и капитальных затрат По данным, приведенным во введении к книге [i] , капиталовложения на ректификационное оборудование достигают в среднем 20$ от сметной стоимости нефтеперерабатывающих и химических заводов, а энергетические затраты на процессы разделения составляют 5($ и выше от себестоимости продукции. По более новым зарубежным данным [2] , расход энергии на процессы разделения на нефтехимических предприятиях составляет обычно 4($.

В условиях дефицита энергетических ресурсов, КПСС и Советское правительство уделяют большое внимание экономии всех видов энергии. В крупнотоннажной промышленности основного органического синтеза даже небольшая экономия энергозатрат в одном процессе дает большую экономию энергии по отрасли в целом. Поэтому актуальными являются проектирование оптимальных по энергозатратам технологических схем ректификации, а также исследование разработка и совершенствование таких математических моделей процесса, которые позволили бы не только получать оптимальные решения для заданных исходных и конечных продуктов, но и обеспечили бы определенную гибкость технологических процессов, позволяя быстро находить новые оптимальные режимы при изменении условий или конечных продуктов процесса.

В последнее время в технике большое внимание уделяется созданию гибких технологических систем, адаптирующихся к изменяющимся условиям и требованиям. Учитывая специфику крупнотоннажной химической технологии, вряд ли можно говорить о создании гибких технологических линий для различной продукции. Однако реально создание гибких технологических линий, которые можно было бы перестраивать при изменении состава сырья (в условиях его дефицита) и изменении свойств продуктов в соответствии с новыми требованиями. Для обеспечения этой перестройки нужны достаточно хорошие математические модели, позволяющие эффективно использовать вычислительную технику для быстрого решения производственных задач.

Наряду с задачами технологическими,существует задача подготовки кадров для создания современных технологий и управления ими. В деле подготовки кадров основные постановления партии и правительства, директивы Минвуза СССР ориентируют на расширение применения математических методов и вычислительной техники при обучении студентов.

Общей целью настоящего исследования является не только совершенствование на основе применения вычислительной техники результатов и методов проектирования процессов ректификации, но и создание методического и программного обеспечения для автоматизированных систем обучения студентов. Поставленная задача была связана с созданием математического обеспечения для учебно-проектной системы автоматизированного проектирования технологических схем ректификации, разрабатываемой в МИТХТ гол.М.В.Ломоносова по заданию 05.35 программы 0.Ц.027 Государственного комитета по науке и технике и Совета Министров СССР.

Процессы ректификации используются во всех подотраслях химической промышленности, но в технологии тяжелого (основного) органического синтеза есть ряд ограничений и специфических требований, которые налагаются на ректификацию и обуславливают необходимость постановки задач совершенствования этого процесса применительно к данной отрасли химической технологии.

Во-первых, многотоннажность производств тяжелого органического синтеза приводит к тому, что малые усовершенствования процесса ректификации приводят к большой экономии, а малые погрешности в проектных решениях приводят к большим потерям. Это экономически оправдывает проведение глубоких теоретических исследований в данной области.

Во-вторых, в технологии основного органического синтеза приходится иметь дело со сложными азеотропними смесями, поэтому общие методы и приемы оптимизации химико-технологических схем из-за термодинамических ограничений типа азеотропии часто оказываются непригодными для технологических схем ректификации в технологии основного органического синтеза. В связи с этим возникает задача создания специфических методов синтеза химико-технологических схем ректификации и критериев их оптимизации.

Третьей характерной особенностью процессов ректификации в технологии основного органического синтеза являются высокие требования к чистоте получаемых продуктов. Это повышает требования к точности моделирования парожидкостных равновесий, и, с другой стороны, накладывает ограничения на топологию ректификационных колонн и их комплексов. В промышленности тяжелого органического синтеза не нашли широкого применения колонны сложной структуры со многими вводами и отборами, поскольку они в большинстве случаев не позволяют получать все продукты с достаточной степенью чистоты. Наибольшее распространение в технологических схемах ректификации основного органического синтеза нашли двухсекционные колонны.

В технологии тяжелого (основного) органического синтеза приходится иметь дело с многокомпонентными смесями, причем часто требуется выделить множество целевых продуктов высокой чистоты. Класс таких задач имеет тенденцию расширяться в связи с расширением разработок безотходных технологий, в которых все промежуточные продукты доводятся до определенной кондиции.

Из этих условий вытекают, по крайней мере, два следствия. Во-первых, требование получения многих чистых продуктов не позволяет понизить размерность задачи. Во-вторых, из-за громадного количества вариантов разделения практически невозможно сравнение результатов всех вариантов расчетов для ректификационных комплексов.

Поэтому для многокомпонентных смесей требуется разработка качественно новых методов оптимального синтеза химико-технологических схем, например метода выделения одной ключевой характеристики процесса, позволяющей сравнивать различные варианты проведения процесса. Применительно к процессу ректификации, взамен расчета разных вариантов организации процесса при рабочих значениях параметров: достаточно сравнивать эти варианты при одном значении параметра - минимального фяегмового числа. При этом остаются неизвестными точные значения капитальных затрат на комплекс, но возможно быстро оценить и дифференцировать по энергозатратам различные варианты.

Учитывая общие задачи химической технологии и специальные задачи, стоящие перед проектировщиками ректификационных узлов химико-технологических схем промышленности основного органического синтеза, на передний план выдвигается проблема расчета минимального фяегмового числа при разделении реальных, в том числе и азеотропних многокомпонентных смесей. Это связано, как уже отмечалось, с тем, что точный расчет минимального флегмово-го числа позволяет свести к минимуму энергетические затраты на процесс. С другой стороны, энергетические затраты, рассчитанные при минимальном флепловом числе, могут быть использованы в качестве относительно простого расчетного критерия при оптимизации комплекса ректификационных аппаратов. На сегодня не существует единого реально используемого (доступного) метода расчета минимального фяегмового числа и единой концепции режима минимального орошения для бинарных и многокомпонентных смесей. В результате возникают задачи исследования режима минимального флегмового числа и разработки алгоритма и программы дня его расчета» При этом необходимо использовать такую модель фазового равновесия, которая позволяет адекватно и достаточно точно рассчитывать фазовое равновесие многокомпонентных смесей.

Для исследования процессов ректификации вообще, а особенно режима минимального орошения, весьма эффективен метод математического моделирования с использованием аппарата качественной теории динамических систем. Исследование математической модели процесса ректификации с привлечением аппарата качественной теории динамических систем позволяет определять положение стационарных точек и его изменение при изменении значений параметров процесса, положение разделяющих многообразий, эволюцию фазового портрета динамической системы при изменении параметров и т.п.

Задачей настоящего исследования является изучение процесса непрерывной ректификации методом математического моделирования. Математическое описание любой системы обладает следующими важными атрибутами: компактностью, ясностью и возможностью численного анализа [3] • Математической модели свойственны определенные преимущества; например, с помощью численного анализа могут быть получены данные не только описательного, но и прогностического характера. Однако "проблема построения математической модели, адекватной исследуемому процессу, до настоящего времени является кардинальной в любой области естественных наук, в частности в физической химии, в химической технологии. Успех в изучении этой проблемы определяет не только уровень развития теории, но и возможность быстрого и эффективного внедрения научных разработок в промышленное производство" ,

В работе изучаются свойства динамических систем (математической модели процесса ректификации): стационарных точек систем и их бифуркации, эволюция фазового портрета динамической системы при изменении параметров, асимптотические свойства систем и т.п. Исследована также возможность применения полиномиальных моделей фазовых равновесий для расчетов процессов ректификации, возможность распространения известных для гомогенных смесей моделей на расслаивающиеся смеси, разработаны регулярные алгоритмы и программы для расчета параметров моделей фазовых равновесий.

Задачей работы являлось также исследование стыковки динамических систем исчерпывающей и укрепляющей секций колонны в режиме минимального орошения, разработка алгоритма и программы расчета этого режима.

В результате выполнения работы исследованы свойства динамических систем как модели непрерывной ректификации зеотропных и азеотропных смесей: свойства стационарных точек и их бифуркаций, линий стационарности, скорость движения по линиям стационарности, асимптотические свойства фазовых портретов динамических систем, эволюция фазовых портретов, локальные и глобальные закономерности хода линий стационарности. Изучена глобальная структура динамической системы смесей с постоянной относительной летучестью. 

Полиномиальные модели фазового равновесия распространены на расслаивающиеся смеси.

Разработано программное обеспечение для расчета параметров полиномиальных моделей фазовых равновесий. На основе проведенного исследования свойств стационарных точек динамических систем разработаны алгоритм и программа расчета режима минимального орошения.

Полученные результаты могут быть применены при исследовании процессов ректификации сложных многокомпонентных смесей. Разработанное программное обеспечение позволяет рассчитать полиномиальные модели равновесия жидкость-пар и жидкость-жидкость-пар, точное местоположение стационарных точек динамической системы процесса ректификации и сепаратрис системы, минимизировать флегмовое число и рассчитать режим минимального орошения. Все программы можно получить в программном фонде Центрального научно-исследовательского и проектного института лесохимической промышленности.

К сожалению, из-за отсутствия в распоряжении автора терминальных устройств отображения графической информации не было возможности разработать графический вывод результатов расчетов, который,несомненно, необходим, особенно при обучении студентов. Этот пробел будет заполнен при первой же возможности.  

Подобные работы
Никитин Павел Васильевич
Разработка методов и алгоритмов исследования геометрических свойств динамических систем дистилляции и ректификации
Сафронова Ольга Николаевна
Закономерности в рядах и сериях бинарных азеотропов, образованных продуктами органического синтеза
Романова Наталья Владимировна
Синтез сложного эфира живичной канифоли и побочных продуктов производства изопрена из изобутилена и формальдегида
Гапоник Павел Николаевич
N-замещенные тетразолы : Синтез, свойства, строение и применение
Чернышева Анна Владимировна
Синтез и свойства 5-амино-1,2,4-триазол-3-илалканкарбоновых кислот и их производных
Ермакова Татьяна Александровна
Синтез и исследование свойств новых дииминов, содержащих карбоциклические фрагменты
Костенко Виталий Михайлович
Синтез, строение и свойства сополимеров 3,4-дихлор-1,3-бутадиен-2-фосфонатов с виниловыми мономерами
Борисов Альберт Валерьевич
Синтез и исследование физико-химических свойств тетраантрахинонопорфиразинов
Бушина Дарья Ильинична
Особенности диаграмм фазового равновесия жидкость-пар и закономерности экстрактивной ректификации смесей органических веществ
Фролкова Анастасия Валериевна
Физико-химические основы ректификации многокомпонентных азеотропных смесей

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net