автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.04, диссертация на тему:Полистационарность в непрерывной ректификации и реализации выбранного стационарного состояния

Введение.

1.Литературный обзор

1.1. О полистационарности в процессах ректификации.

1.2. О причинах возникновения полистационарности.

1.3. Практические аспекты реализации полистационарности.

2. Математическая модель процесса ректификации и расчет по методу гомотопического продолжения.

3. Исследование полистационарности при ректификации тройных смесей

3.1. Методология исследования фазовых портретов тройных смесей на предмет проявления ими полистационарности.

3.2. Пусковые режимы установок непрерывной ректификации и постановка задачи исследования.

3.3. Определение областей составов загрузки в концентрационном симплексе рассматриваемых систем.

Ректификация - один из наиболее важных и широко используемых в химической промышленности процессов разделения. Поэтому понятно стремление исследователей к усовершенствованию методов его математического описания, позволяющих более надежно решать задачи проектирования и управления для ректификационных колонн.

Одним из вопросов, которые еще недостаточно изучены, является феномен полистационарности, присущий многим физико-химическим процессам. Понятие полистационарности процесса ректификации подразумевает возможность существования нескольких стационарных состояний (концентрационных профилей колонны) при фиксированном наборе технологических параметров (поток, состав, уровень подачи и температура питания, отбор дистиллята и кубового продукта, флегмовое число, количество тарелок).

Это явление интересно как с научной точки зрения - выяснение физической сущности и причин, его порождающих, так и с точки зрения получения конкретных значений режимных параметров колонны, при которых можно ожидать появление полистационарности. То есть прогнозирование данного явления. И этот предсказательный аспект может стать очень существенным при проектировании производственных установок, поскольку при реализации технологического процесса в промышленности необходимо обеспечить поддержание того режима, который позволяет получать целевые продукты, предусмотренные технологическим регламентом. Несомненно, изучение процесса, как в качественном, так и в количественном отношении, имеет большое значение для практики, так как полистационарность может являться причиной неустойчивого поведения ректификационных колонн. 4

Настоящая диссертационная работа в целом посвящена исследованию полистационарности процесса ректификации гомогенных трехкомпонентных смесей с помощью созданного программного обеспечения. Основной целью исследования является выявление условий приводящих к тому или иному стационарному состоянию, то есть целенаправленная реализация конкретного стационарного состояния. 5

1. Литературный обзор.

Основные результаты и выводы

1. Предложена стартовая стратегия, позволяющая реализовать все присущие модели процесса стационарные состояния.

2. Показано, что концентрационное пространство, представляющее начальные загрузки колонны, разбивается на три области, отвечающие достижению каждого из трех стационарных состояний. Эти результаты получены на примере четырех тройных систем с двумя разными топологическими типами дистилляционных диаграмм.

3. На основе полученных результатов можно сделать вывод, что все три стационарных состояния являются устойчивыми в области полистационарности.

4. Предложена возможная топологическая структура фазового пространства исследуемой модели.

5. Разработана и опробована методика построения областей начальных условий (составов загрузок колонны).

6. На основе полученного опыта можно сделать вывод, что полистационарность присуща процессу ректификации лишь смесей определенного типа, причем область практически приемлемых значений режимных параметров может не совпадать с областью полистационарности.

7. Однако, проверку на полистационарность рекомендуется выполнять. Предлагается использовать указанную методику при предпроектной разработке технологических систем ректификации: если область полистационарности достаточно широка (по параметрам) - следует использовать более эффективный стационар, как вне области полистационарности, так и внутри ее; если область полистационарности узка, следует поддерживать режим, удаленный

64

Заключение.

1. Балашов М.И., Гришунин А.В., Рязанова А.В., Серафимов JI.A. К вопросу исследования областей периодической и непрерывной ректификации //В сб. Физико-химических основ ректификации, М.: МИТХТ, 1970, С.205.

2. Петлюк Ф.Б., Аветьян B.C., Исследование ректификации трехкомпонентных смесей при бесконечной флегме // Теор. основы хим. технол., 1971. - Т.5. - N.4. - С.499.

3. Magnussen Т., Michelsen M.L., Fredenslund A. Azeotropic Distilation Using UNIFAC // Inst. Chem. Eng. Symp. Ser., No 56, 3rd Int. Symp. Distillation, ICE, Rugby Warwickshire - England,1979.

4. Doherty M. F. , Perkins J. D. On the Dinamics of Distilation Processes. The Simple Distilation of Multicomponent Nonreacting , Homogeneous Liquid Mixtures // Chem. Eng. Sci. 1978, Y.33 , P.569.

5. Prokopakis G. J. , Seider W. D. Feasible Specification in Azeotropic Distilation//AIChE J. 1983. У.29. Nol. P.49.

6. Kovach J. W. , Seider W. D. Heterogeneous Azeotropic Distilation-Homotopy-Continuation Methods // Comput. Chem. Engng. 1987. VI1. No.6. P.593.

7. Widagdo S. , Seider W. D. Bifurcation Analisys in Geterogeneous Azeotropic Distilation //AIChE J. 1989. V.35. No.9 P. 1457.

8. Rovaglio M. , Doherty M. F. Dinamics of Heterogeneous Azeotropic Distilation Columns // AIChE J. 1990. V36. Nol. P.39.

9. Laroche L., Bekiaris N., Andersen H.W., Morari M. Homogeneous Azeotropic Distilation: Separability and Flowsheet Synthesis // Ind. Eng. Chem. Res. 1992. У.31. No.9. P.2190.

10. Bekiaris N., Meski G.A., Radu C.M., Morari M. Multiple Steady States in Homogeneous Azeotropic Distilation // Ind. Eng. Chem. Res. 1992. V.32. No.9. P.2023.

11. Серафимов. Л. А, Правило азеотропии и классификация многокомпонентных смесей. // Журнал физ. химии. 1970. Т.44. №4. С.1021

12. Н.Пономарев В.Н., Саксонова О.И., Тимофеев B.C. Полистационарность в процессах непрерывной ректификации // Теор. основы хим. технол. 1996. Т. 30. №4. С.383.

13. Kiva V.N.,Alukhanova В.М. Multiple steady state of distillation and its realisation//Comput. Chem. Engng. 1997. Vol.21. Supp.l. P.S541.

14. Dorn C., Guttinger Т.Е., Morari M. Experemental validation of multiple steady states in homogeneous azeotropic distilation // Zurich. Swiss Federal Institute of Technology. 1997.

15. Dorn C., Guttinger Т.Е., Morari M. Stabilization of azeotropic distilation column // Ind. Eng. Chem. Res. 1998. V.37. No.2. P.506.

16. Lahae E. Une methode de resolution de une categorie de equation trascedentes // 1934, Paris, C.R. Acad. Sci. V.198. P.1840.

17. Friedrichs К. O. Lectures on Functional Analisys. Lecture Notes // Inst, for Math, and Median., New-York University, 1950.

18. Fiken F. A.The Continuation Method for Functional Equations // Communs pure appl. math. 1951. V.4. P435.

19. Давиденко Д.Ф. О новом методе численного решения систем нелинейных уравнений // Доклад АН СССР, 1953. Т.88. С.601.

20. Bhargava R., Hlavacek VI. Experience with Adopting One-Parametr Imbeding Methods Towards Calculation of Countercurrent Separation Processes // Chem. Eng. Commun. 1984. V.28. PI65.

21. Lin W.J., Seader J.D., Wayburn T.L. Computing Multiple Solution to Systems of Interlinked Separation Columns // AIChE J. 1986. Y.4. P.547.

22. Vickery D.J. and Ross Taylor Path-Following Aproaches to the Solution of Multicomponent Multistage Separation Process Problems // AIChE J. 1986. V.4. P.547.

23. Vickery D. J. and Ross Taylor. An "Efficient" Continuation Method for the Solution Difficult Equilibrium Stage Separation Proces Problems // Comput. and Chem. Eng. 1988. V.12. Nol. P.99.

24. Ралев H., Мозжухин А., Димитрова Д., Сечених А. Развитие на глобалния подход за симулиране и полистационарност на ректификационния процесс // «Нефт и химия» брой, 1997, N2, с. 1115.

25. Отчет по научно-исследовательской работе. Создание автоматизированных систем проектирования технологических схем непрерывной ректификации многокомпонентных неидеальных смесей. N Г.Р. 73055666. Приложения // Т.2, Москва: МИТХТ, 1973.

26. Serafimov L. A., Timofeev Y.S., Balashov M.I. Rectification of multicomponent mixtures, III //Acta Chem. Acad. Sci. Hung. У.75. N2. P.235.