автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Особенности процессов периодической ректификации в колоннах разного типа

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ Л. Я. КАРПОВА

На правах рукописи

ДАВЫДЯН АРТУР ГЕОРГИЕВИЧ

УДК 66.048.32:517.9 ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ РЕКТИФИКАЦИИ

В КОЛОННАХ РАЗНОГО ТИПА

Специальность: 05.17.08 — Процессы и аппараты химической технологии

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математжеских наук

Москва — 1991

-> 7

О

Работа выполнена в ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательском физико-химическом институте им. Л.Я.Карпова

Научный руководитель

Научный консультант

Официальные оппоненты

Ведущая организация

заслуженный химик РСФСР, ■ доктор технических наук, црофессор Платонов В.М.

кандидат технических наук,' . старший научный сотрудник Кива В.Н.'

доктор физико-математических наук, профессор .Спивак С.И.

доктор химических наук, Зарецкий М.И.

МНПО НИОПиК

(jjUcd jj.

, Защита диссертации состоится "

в часов на заседании Специализированного совета1

Д 138.02.05 при Научно-исследовательском физико-химическом,

институте им.Л.Я.Карпова по адресу: Москва,.103064, ул.Обуха,

дЛО, в конференц. зале корпуса

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан '.' " _Л99_г.

Ученый се1фетарь' ' •

Специализированного совета

кандидат' физи'ко-математичес^^^^й^^^- Вязьмин A.B.'

■ ¿У

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В связи с развитием малотоннажных химических производств и необходимостью регенерации органических растворителей в производствах различного профиля интерес к периодическим процессам ректификации за последнее десятилетие существенно возрос, причем в дальнейшем, следует ожидать еще бблее широкого' их применения.

Для элективного использования того или иного варианта периодической ректификации необходимо ясное представление о закономерностях процесса, изучение которых развивается в следующих взаимосвязанных подходах: а) натурный эксперимент; б) эксперимент в рамках математической модели с привлечением вычислительной техники; в) аналитические (качественные) исследования, которые необходимо предшествуют вычислительному (натурному) эксперименту и дают возможность наиболее полно понять особенности процесса и его структуру в целом.

Настоящая работа посвящена анализу качественных особенностей процессов периодической ректификации с использованием строгих математических методов.

Настоящая работа выполнена в рамках исследований, проводимых в лаборатории физической химии процессов разделения смесей НИФХИ им.Л.Я.Карпова в соответствии с постановлением ГКНТ от 05.03.88 № 62/51 о приоритетных направлениях развития науки, приложение № 3, "Создание энергосберегающих процессов на основе рациональных химико-технологических схем, оптимизация теплооб-менного оборудования и эффективность технологий разделения смесей".

Цель работы: в рамках общих математических определений изучить особенности различных вариантов периодической ректификации и выявить возможность их (особенностей) возникновения в зависимости от свойств парожидкостного равновесия и органи-. зации процесса.

На-учная новизна. В рамках общей модели парожидкостного равновесия доказана топологическая эквивалентность систем уравнений, описывающих процессы дистилляции и периодической ректификации, а также установлены причины, непозволяющие этим процессам отличаться друг от друга.

Изучены закономерности динамики безотборного режима и доказаны единственность стационарного состояния и его асимптотическая устойчивость.

Выполнен полный анализ модели периодической ректификации в бесконечной колонне со средним резервуаром для смесей с постоянными относительными летучестями. При этом указаны границы применимости модели и представлена классификация состояний системы во всем диапазоне параметров. Решены задачи о возможных стратегиях изменения параметров в ходе процесса, обеспечивающих минимальные энергозатраты при сохранении заданного качества продуктов в секциях.

Практическая значимость работы. Доказательства необходимых утверждений для безотборного режима дают существенную свободу в выборе искусственных средств для реализации алгоритмов поиска стационарных состояний.

Анализ периодической ректификации в колонне со средним резервуаром позволяет существенно со1фатить время численного счета правильно выбирать параметры режима и гибко использовать возможности устройства при решении конкретных задач.

Пакет прикладных программ для расчета различных вариантов периодической ректификации использован в технологических раз-

заботках НИФХИ им.Л.Я.Карпова и передан лаборатории промышен-юй экологии Алтайского политехнического института им.И.И.Пол-нова.

Разработаны и выданы ГипроНИИмедпрому исходные данные на проектирование установок регенерации для следующих производств:

- производство цефалоспорина на Пензенском комбинате мед-препаратов "Биосинтез";

- производство цефалотина на Курганском комбинате мед-препаратов "Синтез";

- блочно-модульное производство психотропных препаратов;

- блочно-модульное производство сульфаниламидных препаратов.

По первым двум производствам на основании наших данных выдана проектная документация и начато сооружение цехов.

Автор защищает: Результаты исследований качественных закономерностей процессов периодической, ретроградной ректификации и безотборного режима, выполненные в рамках математической модели для секций конечной длины и разделяемых смесей произвольной структуры:

- доказательство в строгих матеттических терминах эквивалентности процессов дистилляции и периодической (ретроградной) ректификации;

- доказательство единственности стационарного состояния (при условии сохранения материального баланса) и его асиыптоти-геской устойчивости в безотборном режиме периодической ректифи-*ации;

- установление связи между процессами периодической (рет-юградной) ректификации и безотборным режимом.

Результаты исследований математической модели процесса пе-яюдической ректификации в колонне со средним резервуаром для :екций бесконечной длины и разделяемых смесей с постоянными от-юсительными летучестями:

- цредставление классификации состояний системы и. описание ее топологии при всех возможных значениях параметров ратага;

- установление границ (в области параметров) применимости модели;

- решение задач о возможных стратегиях изменения параметров в ходе процесса, обеспечивающих минимальные энергозатраты при сохранении заданного качества продуктов в секциях. .

Аппробашя работы. Основные результаты работы.били представлены на Ш Всесоюзной конференции молодых ученых по физической химии (Москва, 1986, диплом Д степени), на ежегодных смотрах-конкурсах научно-исследовательских работ НИФХИ им.Л.Я.Карпова (1986-1987, 1990), на У, У1 Всесоюзных конференциях "Математические методы в химии" (1985, 1989), на Ш Всесоюзной конференции "Динамика процессов и аппаратов химической технологии" (Воронеж, 1990).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных'работ.

Объем работы.Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и приложений. Работа изложена на 162 стр.машинописного текста, содержит 2 таблицы и 32 рисунка. Библиография в^ючает 129 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

' В первой главе на основе анализа литературы установлено, что исследования процесса дистилляции выполнены на достаточно строгом уровне и доведены до классификации, что позволяет считать вполне 'достаточным для полного цредставления процесса.- Исследования процесса периодической (ретроградной) ректификации носят скорее графический характер и ограничены рассмотрением трех- и четырехкомпонентных смесей. Безотборный режим рассматривался в "статике", качественные аспекты динамики процесса не -исследовались. При рассмотрении процессов периодической, ректи-

а) дистилляция; б) периодическая ректификация; в) ретроградная ректификация; г) безотборный режим (РД-процесс); д) колонна со средним резервуаром.

тт-1

/1 /

у

/т

Г"

г

гт№-1

с.2. Поверхность | в фазовом пространстве

Рис.3. Линейные многообразия - множества уровня системы (6) первых интегралов

фикации в рамках общей модели парожидкостного равновесия отсутствуют более или менее строгие математические утверждения. В отличие от "классических" периодических процессов ректификация в колонне со средним резервуаром практически не рассматривалась.

Для того, чтобы восполнить имеющиеся проблемы теории необходимо :

1) представить сравнение процессов дистилляции и периодической ректификации (рис.1а,б,в) в рамках строгих математических определений;

2) исследовать динамику безотборного режима (ркс.1г), опираясь на доказательства необходимых утверждений;

3) изучить особенности и качественные закономерности процесса периодической ректификации в колонне со средним резервуаром (рис.1д);

4) показать влияние физико-химических (математических) свойств парожидкостного равновесия и организация процесса на особенности процессов периодической ректификации.

Вторая глава посвящена анализу общих закономерностей процессов периодической, ретроградной ректификации и РП-процессу (безотборный режим) выполненному , в рамках общей модели тарожид костного равновесия для колонн 'с конечным числом ступеней разд ления (тарелок).

В первой части данной главы рассматривался процесс перио* ческой ректификации, который.моделировался системой дифферент них и алгебраических уравнений

(I)

отвечающих за изменение составов

С3^ з • •• з ') жидкости в кубе и на ^ -ой тарелке.

Здесь ^хр - С^С^Л • С*1)) "составпа-

ра, покадающего 3 -ую тарелку, о/у^ ¿/г /Л

//о р Н(~ мольные количества жидкости в кубе в на- ' чальный момент и момент времени . Допущения модели: мольные потоки Ь .Г. Г) жидкости, пара и дистиллата - постоянны, принимается модель теоретической тарелки, задержки тарелок не учитываются. Использование вырожденной системы (I), (2) было продиктовано, в первую очередь, соображениями удобства и представлялось вполне логичным при решении поставленной задачи. Хотя правомерность перехода от дифференциальных уравнений с малым параметром при производной к алгебраическим подтверждалась многолетней практикой, теоретические обоснования бшги получены в

виде следствий при рассмотрении безотборного режима.

Наличие алгебраической системы (2) и условия теоремы о

неявной функции позволили выразить состав эСд/ как функцию состава ос о и флегмового числа /5 ^ (играющего роль параметра): ЗСЫ = ^ й (^Ьсо ) , после чего уравнение (I) было представлено в форме

> (3)

СС0 =• ЗСо-

удобной дяя доказательства эквивалентности уравнению дистилляции

где = , ^(З'С*),-,]"'^)-

составы жидкости и находящейся с ней в равновесии пара.

Согласно известным 1фитериям для доказательства топологической эквивалентности систем (3) и (4) необходимо: а) совпадение количества особых точек в обеих системах (это условие

выполняется очеввдно); б) совпадение типов соответствующих особых точек, за которые отвечают знаки собственных чисел матрицы линеаризации в окрестности-этих точек.

В результате ^преобразований, получена зависимость собственного числа матрицы линеаризации (3) как функции= = , где ' X ' - собственное число матрицы линеаризации

(4):

к„(Г;й.)= 1 _ (р.; в.)

где

Р„„=-МУ"+ му^ Ч ...4 а"

Показано, что уже для Д/ =1 знаки /\ и совпадают всюду, 1фоме интервала ^ Р,/4 р /2т/ и, следо-

вательно, системы (3) и (4) для произвольного отображения ^С*-) • вообще говоря, не являются эквивалентными. Известно термодинамическое ограничение свойств парожидкостного равновесия: в особых точках (азеотропы и чистые компоненты) матрица имеет положительные действительные собственные числа. Сужая класс отображений ^ • а следовательно, и класс рассматриваемых систем (3) и (4), устанавливаем,-что в этих условиях последние эквиваленты для любых положительных . Доказательство обобщено на случай произвольного Н .

Формальное доказательство голсяогической эквивалентности систем, описывающих поведение жидкости в кубе при ректификации и дистилляции, содержит неформальный результат: имеено'положительность собственных чисел матрицы ( /д эс ) не позволяет процессу ректификации отличаться от дистилляции.

Аналогичный результат получен для ретроградной ректификации.

• Доказано, что "устойчивые" направления одной системы заменяются на "неустойчивые" другой и,' наоборот, что в свою очередь, приводит к взаимно противоположным направлениям процессов ретроградной ректификации и дистилляции.'

Вторая часть данной главы содержит качественное исследование динамики безотборного режима периодической ректификации, который описывается системой дифференциальных уравнений:

¿о- £ - -

составы жидкости и пара на -ой тарелке, параметры, Н . 6- - мольные задержки нижнего резервуара и тарелок. Допущения модели аналогичны рассмотренным выше с той лишь разницей, что здесь рассматривается полная система дифференциальных уравнений, поскольку в противном случае тождественно равен нулю - задача становится чисто стационарной и не учитывает динамики процесса.

Для понимания общей картины процесса представлялось необходимым выяснить: I) количество особых точек (стационарных состояний) в системе (5) и 2) типы этих точек.

л ги-1

Установлено, что существует поверхность I — ' Хы = $ Размерностью

Уг\- 1 , состоящая из особых точек (5) (рис.2) и набор из ТЛ- \ независимых первых интегралов (рис.3)

оЛг/4^/4... 4 рпсд/ =0£

Ответом на первый вопрос послужило утверждение: если начальные условия' подчиняются соотношениям (б), то система (5) имеет единственное стационарное состояние или, говоря языком геометрическим, поверхность Г пересекается с линейными многообразиями (6) ровно в одной: точке. Доказательство это^о утверждения было сведено к вопросу единственности решения системы Р(х»)= Л.4 С, . Оказалось возможным

построить векторное поле (Те (=с)- С~ [(^"©^РО*) ^

[0.1] , осуществляющее'непрерывную деформацию исходного поля IТо (О =.(?- Р СО а поле ()7) ~ С. - 2С , и с помощью теоремы о сумме индексов и из условия'положительности собственных чисел матрицы (Э^/Эх) во всех точках симплекса доказать искомое утверждение.«

Вопрос о типах особых точек решался с помощью теоремы Ляпунова об устойчивости по первому приближению. Доказано, что

*

любая особая точка системы ( 5" ) является устойчивой, а при дополнительном условии (6) - устойчивой асимптотически. Для доказательства этого утверждения исходная блочная трехдиагональная матрила А заменяется симметрической матрицей /4$

/[

А=

-аУ. а I

ЧГ. -Уг1 I

"Тн-з -Х--1 1

У*. -1

А;

-аЛо т

м №

№ Ли-а. -ы М

АЙ -1

е матричные блокиА\¡о<Д\•■■

Г 1 ^

•у которой диагональные _ __^ . / J

и А^^- [ } содержат собственные

чисдй матрицы у> = /д*)- Показано-, что - и А ют одинаковые собственные числа и т.к. /А,5 .- н 10

^ "Ш

неположительно

определенная матрипд ранга ^т-^Д/ , то ^ имеет действительные собственные числа, среди которых - нулевые, а остальные - отрицательные, что доказывает искомбе утверждение.

Таким образом окончательно получено: при произвольном начальном расцределении концентраций'компонентов в кубе и на тарелках, задающем одну и ту же концентрацию компонентов в колонне всегда устанавливается единственный в этих условиях стационарный профиль концентраций.

Установлена связь между безотборным режимом (система (5)) и процессом периодической ректификации (системаШ, (2)) при

I: движение, точки ;х = (Ъсо^:г,э . . эс * ^ в процессе периодической ректификации буйет проходить вдоль поверхности ^ ** - - множества стационарных состояний системы (5), как бы сопровождая устойчивые положения равновесия этой системы. Аналогичная связь имеет место для без<?тборного режима с частичным флегмированием и продуктового 'режима с произвольным (соответствующим) Здесь поверхность ' задается системой (2) и

Г Г — ГГ-Г"'1 .когда

В заключении главы цредставлено формальное обоснование перехода от полной к вырожденной системе (I),(2), которое (согласно теории сингулярно возмущенных дифференциальных уравнений) было сведено к доказательству асимптотической устойчивости так называемой присоединенной системы с использованием техники, аналогичной рассмотренной выше.

Исследование безотборного режима позволило представить процесс периодической ректификации состоящим из двух этапов: первый -безотборный режим, во время которого движение точки происходит в области пограничного слоя и описывается полной системой дифференциальных уравнений (5); второй-- продуктовый (собственно процесс ректификации), в течение которого движение точни происходит вдоль стационарной поверхности Г^"' • наследуемой системой (5), и описывается уже вырожденной системой (I), (2).

3 третьей главе представлен анализ модели процесса периодической ректификации в колонне со средним резервуаром, которая описывается системой аналогичной (I), (2). Сложность данной системы привела к необходимости дополнительных ограничений: рассматривались секции бесконеяйой длины и смеси с постоянными относительными летучестями , что позволилб воспользоваться техникой теории минимальной флегмы. В новой системе координат А уравнения, описывающие изменёние состава ос - (Ъсжидкости в среднем резервуаре (ЙР) представляются в виде:'

I = и/т ^1-У —. Г А +^

т

II V Г у*4

4 0 / то}« ' !

Г

и С ■ ■ 1 •

° ^ ? р >а. р и. К - целые числа такие,что

, (8)

Известно, что условие (8) эквивалентно условию ф £ (^¿сх^") и ^ (¿к у ) > а кРоме >тог°. А^ и Дк ограничены .

соотношениями Ар ^ СР , Ак^^Р • Уравнения-(7) имеют два

Г- V , /г?

управляющих параметра Г1— К <£> ■ П А/.П^,- • >

К-1 /К ' ^ J / 0 -

который играл р°оль "индикатора" структурной устойчивости системы (7). Здесь <ф>у --параметры, наследуемые системой координат А и являющиеся аналогами флегмового и парового

чисел.

12

Анализ модели (7) включал определение координат особых точек (положений равновесия), их типов и влияние на топологию системы параметров режима, что позволило представить общую тенденцию изменения во времени состава жидкости в CP и связанных с ним составов дистиллата и кубового продукта. Исследования системы (7) проводились как при ф} ^f'-cons't , так и при f, S~cor>sÚ. первая пара является "естественной" для переменных X , а вторая - "естественна" с технологической точки зрения, при этом эассматривались случаи одинаковых потоков "V , ' пара в сек-цшх ( Cj/ - I) и реакция системы на малые возмущения (отно-дагельно I).

При исследовании Y*x -компонентных смесей для (Д ^Р- consÚ шш выделены три основных случая, отвечающих различным состоя-иям секции:

1. Доказано: если в обеих секциях присутствуют все композиты ) И = I, то A¿— С , ~\-з ■■• i Уп.-1. - состав в CP не изменяется во времени. Это зойство является следствием допущения о секциях бесконечной шны и не зависит от модели парожидкостного равновесия. Малые )змущения ¿^ шодат систему из. равновесия:

ютав в CP стремится либо к "тяжелому", либо к "легкому" ком-зненту - система неустойчива в целом.

2. Для = I и ¿ ф ;

!гда имеются р + , . . . ? к распределяющихся компонентов казано: а) существует (р + -f ) ^ m - к -/ особых плоскос-й размерностью X - р - 1 , состоящих из положений равновесия ), и расположенных на границах симплексов меньших размернос-3; б) особые плоскости обладают притягивающим, отталкивающим юлуустойчивым характером; в) все пространство разбито на эаллельные плоскости — Consty. \i-i~ г ко_

)ым принадлежат фазовые кривые. Отсюда следует, что состав в

ф

¿i ML стС2 X X

Рио. 4. Оазоше портрета оиотема (I) для ф> <j <? - изменение концентрации жидкости в CP . - положения равновесия (X).

СР стремится к распределяющимся компонентам • • • > К. Пока-

зано, что малы возмущения С^ = I приводят к исчезновению особых плоскостей, остаются только изолированные особые точки и, строго говоря, система структурно неустойчива. Однако отличие в поведении системы для ср =1 и - У - наблюдается на бесконечных временах, когда в обеих секциях выделяются распределяющиеся компоненты.

3. Для случая, когда распределяющиеся компоненты отсутствуют (в условии (8) ф>) доказано, что (7) имеет изолированных особых точек (принадлежащих одномерным симплексам), среди которых одна (на ребре ¿^/у оЛм. ) - неустойчивый узел, а остальные - седла с максимальной размерностью устойчивого многообразия равной к + т - р - 2 . Показано, что малые возмущения сохраняют топологию системы. Установлено: для того, чтобы сохранить условие (8) в течение всего времени, необходим специальный закон изменения параметров режима.

Подробно представлен анализ (7) для трехкомпонентных смесей. Рассмотрено изменение состава в СР для ^ =1 при всех возможных значениях <ф) (рис.4), соответствующих всем возможным состояниям верхней и нижней секций. Так, например, для (рис.4.5) было установлено, что (7) имеет неустойчивый узел, принадлежащий внутренности симплекса, а также - устойчивый узел ("средний" компонент) и седла на бинарных гранях "легкий-средний", "тяжелый-средний" и, следовательно, в течение всего процесса в дистиллате присутствуют "лог кий-средний", в кубовом продукте - "тяжелый-средний", а состав СР стремится к "среднему" компоненту. Аналогичные портреты получены для =1+ и =1- £_ . Показано, что те состояния, которые имеют только изолированные особенности сохраняют топологию и структурно устойчивы (по отношению к =1), а те, которые имеют вырождения (рис.4.1, 2, 4, 7) - неустойчивы. Рас-

15

-смотрены всевозможные значения и установлено, что значительные изменения ^ могут приводить к значительным изменениям направления фазового потока (V).

Случай г,Э - сол-^Срис.б) был получен из сЬ}

путем "склеивания" определенным образом представленных на рис.4

портретов. Установлено, что внутри симплекса нет изолированных

положений равновесия, вырожденные (двумерные) области и линии

принадлежат не только границе, но и внутренности симплекса; при

достаточно больших флегмовом и паровом числах все вырождения

ючезают и на бинарных составляющих остаются изолированные по-

гожения - равновесия. Как и для сД сош.~С рассматривалась

)еакция системы на малые возмущения =1. Представлена полная

:артина для <р = 1+ £_ и ^ = I- (£_ . Показано, что

труктурной устойчивостью обладает только диаграмма 24 не содер-

ащая вырожденных стационарных состояний. Отсюда не следует,что ставшиеся 23 диаграммы тлеют чисто декоративный смысл: во-пер-

ых, диаграммы с вырождениями" представляют пограничный случай

езду ср, = 1+ е. и /р, = I- £_ и, во-вторых, отличие от

ах наблюдается на бесконечных временах и, следовательно, пове-

эние системы, предписанное данными диаграммами вполне может

гблюдаться в реальной ситуации.

Определенный интерес с практической точки зрения представит диаграмма 24, на которой естественно выделены три области менения состава в СР, разделенные седловыми сепаратрисами, и едовательно, при заданном составе в СР можно подобрать такие

и Б . что на первом'этапе будут выделяться чистые компо-яты в обеих секциях, далее появится бинарная фракция в одной секций и, наконец, две бинарные фракции в обеих секциях; при ж состав в СР будет стремиться к "среднему" компоненту.

Решены задачи нахождения оптимальных стратегий изменения во мени флегмового и парового чисел, обеспечивающие минимальные

энергозатраты при сохранении заданного качества продуктов в секциях. В случае когда в системе нет распределяющихся компонентов для постоянных значений параметров невозможно сохранять заданное качество продуктов в секциях в течение всего времени. Доказано, что в общем случае существует закон изменения параметров, поз-воляюшдй избежать этого недостатка, при этом, однако, флегмовое и паровое числа необходимо устремлять к бесконечности. В частности, когда в нижней и верхней секциях выделяются -/>•••, С и Ути компоненты ("деление нацело") заданное качество в секциях можно удерживать при конечных значениях параметров. В случае распределяющихся компонентов структура системы одна и та

же как для постоянных, так и для оптимально изменяющихся во времени параметров, принимающих конечные значения.

В главе четвертой приведены результаты численного моделирования процессов периодической ректификации. На основе полученных теоретических результатов был разработан пакет прикладных программ для расчета различных процессов периодической ректификации, включая дистилляцию, периодическую и ретроградную ректификации, РП-процесс (безотборный режим) и периодическую ректификацию в колонне со средним резервуаром.В РП-процессе, периодической ректификации и колонне со средним резервуаром предусмотрена возможность расслаивания жидкости в декантаторе и, кроме того, в двух последних - боковой ввод в секцию экстрактивног агента.

Хотя теоретические результаты, касающиеся колонны со средним резервуаром, были получены при достаточно жестких модельны) ограничениях, следовало предполагать, что они справедливы и за их пределами. Для проверки этого предположения была проведена серия расчетов ректификации для конечного числа тарелок в секциях и с учетом задержек на тарелках для смесей с »4

Рассмотрены разделение идеальной трехкомпонентной смеси

о-ксилол-толуол-бензол, бинарной неидеальной смеси метанол-вода и неидеальной смеси этанол-бензол-тслуол, содержащей бинарные азеотропы. Расчеты проводились при заданных числе тарелок в секциях, всех потоков, задержке тарелок, а также составов жидкости и различных значениях флегмового и парового чисел. Сравнение полученных здесь результатов для идеальной и неидеальной (метанол-вода) смеси с теоретическими показали их полную идентичность. 3 системе с азеотропами был ввделен "идеальный" фрагмент и установлено, что здесь-также наблюдалось удовлетворительное соответствие.

3 этой главе.представлено практическое использование результатов работы. Пакет прикладных программ был использован лабораторией разделения смесей НИФХИ им. Л.Я.Карпова при разработке технологии регенерации растворителей для производств лекарственных препаратов, а также передан лаборатории промышленной экологии Алтайского политехнического института им.И.И.Ползунова. Результаты работы использованы при разработке исходных данных на проектирование установок регенерации растворителей для производств це^алоспорина, цёс[алотина, психотропных препаратов бен-зодиазепинового ряда и сульфаниламидных препаратов. Исходные данные приняты институтом ГипроНШмедпром для проектирования. По производствам цефалоспорина и цефалотина выдана проектная документация и ведется строительство объектов.

Колонна со средним резервуаром использована при разработке технологии регенерации метанола в производстве сульфамонометакси-на и сульфапиридазина.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

I. В рамках общей модели парожидкостного равновесия для колонн с произвольным конечным числом тарелок рассмотрены общие закономерности "классических"-процессов периодической ректификации. При этом:

а) В результате анализа систем дифференциальных уравнений, | описывающих процессы дистилляции и периодической ректификации доказана их топологическая эквивалентность и указаны причины,

не позволяющие периодической ректификации отличаться от процесса дистилляции.

б) В результате исследования динамики безотборного режима доказана единственность стационарного состояния (при условии постоянства состава исходной смеси) и его асимптотическая устойчивость, что обеспечивает независимость конечного состояния системы от начального распределения исходной загрузки.

в) Установлена связь безотборного и продуктового режимов и представлены обоснования применимости вырожденной системы уравнений для качественного анализа продуктового режима периодической ректификации.

2. Представлен полный анализ модели процесса периодической ректификации в колонне со средним резервуаром, выполненный в рамках допущений о наличии секций бесконечной длины и для разделяемых смесей с постоянными относительными летучестями. При этом:

а) Установлено наличие в системе ."дополнительных" положений равновесия, координаты которых отличны от составов чистых компонентов и зависят от параметров режима, что обусловливает достаточно гибкую топологию системы и позволяет принципиально отличаться данному процессу от "классических".

б) Выявлены области параметров, в которых модель оказывается структурно устойчивой и области параметров, где структурная устойчивость теряется.

в) Поставлены и решены задачи об оптимальных стратегиях изменения во времени параметров режима, обеспечивающих максимальную производительность при заданных технологических ограничениях.

20

3. Полученные результаты имеют прикладное значение и были I использованы при разработке технологии' регенерации растворителей

для ряда производств лекарственных препаратов.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих

работах: . - ,

1. А.Г.Даввдян, Г.А.Месхи, И.Б.Жванецкий, В.М.Платонов. Об эквивалентности систем дифференциальных уравнений. - В сб.: Тез.докл. У Всесоюзной конференции "Математические методы в.химии". - Грозный, 1985, с.48. -

2. А.Г.Давыдян. Общие закономерности процесса периодической ректификации бинарных смесей. - В сб.: Тез.докл. Ш.Всесоюзной конференции молодых ученых по физической химии. -' Москва, 1986, с.265.

3. А.Г.Давыдян, Г.А.Месхи, И.Б.Жванецкий, В.М.Платонов."Исследование локальных закономерностей систем дифференциальных уравнений процессов периодической-ректификации и дистилляции. - Журн.физич.химии, 1987, т.60, № I, с.94-100. ' -

4. А.Г.Давыдян, Г.А.Месхи, И.Б.Жванецкий, В.М.Платонов; Качественное исследование динамики безотборного режима"периодической ректификации. - Теор.основы-химич.технол., 1987,

т.21, № 6, с.723-731:

5. А.Г.Давыдян, Г.А.Месхи, И.Б.Жванецкий, В.М.Платонов. Приближенный метод расчета периодической ректификации. - Теор. основы химич.технол., 1989, т.23, № 5, с.533-535.

1. А.Г.Давыдян, В.Н.Кива, В.М. Платонов. Исследование систем дифференциальных уравнений процесса периодической ректификации со средним резервуаром. - В сб.: Тез.докл. У1 Всесоюзной конференции "Математические методы в химии" - Новочеркасск, 1989, с.62. "

А.Г.Давыдян, В.Н.Кива, В.М.Платонов. Анализ возможных стратегий разделения смеси в периодической колонне со средним

9.

10.

рззбрБ^йром. - Там же, с.86.

А.Г.Даввдян, В.Н.Кива, В.М.Платонов. Динамика процесса периодической ректи^кации в колонне со средним резервуаром. - В сб.: Тез.докл. Ш Всесоюзной конференции "Динамика процессов и аппаратов химической технологии". - Воронеж, 1990, с.22.

А.Г.Даввдян, В.Н.Кива, В.М.Платонов. Исследование процесса разделения бинарных смесей в двухсекционной колонне со средним резервуаром. - Теор.основы хим.технол., 1991, т.25, И 4, с.467-475.•

А.Г.Даввдян, В.Н.Кива, В.М.Платонов. Периодическая ректификация в двухсекционной колонне со средним резервуаром при одинаковых потоках пара в секциях.- Теор.основы хим.технол., 1991, т.25, №6, с.771-782.