автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Предпроектная разработка технологических аппаратов и систем при переменных параметрах сырья

На правах рукописи

^_^

ГАЛЕЕВ ЭЛЬДАР РАФАИЛОВИЧ

ПРЕДПРОЕКТНАЯ РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И СИСТЕМ ПРИ ПЕРЕМЕННЫХ ПАРАМЕТРАХ

"СЫРЬЯ

Специальность 05 17 08 - Процессы и аппараты химических технологий

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата те отческих наук

0031724ВЫ

Казань - 2008

003172468

Работа выполнена в Казанском государственном технологическом университете

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Елизаров Виктор Иванович

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Теляков Эдуард Шархиевич

доктор технических наук, профессор Лаптев Анатолий Григорьевич

Ведущая организация

ОАО "Нижнекамскнефтехим"

Защита состоится _ диссертационного

^2008 года в часов на заседании

совета Д 212 080 06 в Казанском государственном

технологическом университете по адресу 420111, г Казань, ул К Маркса, 68, зал заседаний Ученого совета (А-ЗЗО)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технологического университета

Автореферат разослан 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, про

С И Поникаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. В соответствии с поручением Правительства Российской Федерации от 19 01 2005 г № АЖ-П9-188 "О проектах стратегий развития отдельных отраслей" Министерством промышленности и шсргстики разработан "Проект стратегии развития химической и нефтехимической промышленности России на период до 2015 года" Согласно проекту развитие химическою и нефтехимического комплекса возможно лишь в случае реализации инновационного подхода, в рамках которого предусмотрено выполнение следующих мероприятий повышение технико-экономического уровня производств за счет реконструкции, модернизации и нового строительства, снижение расходов сырьевых, топливно-энергетических и трудовых ресурсов на производство химической и нефтехимической продукции, максимальное внедрение результатов отечественных разработок и использование новейшего оборудования отечественных машиностроительных предприятий при реконструкции, техническом перевооружении и строительстве новых производств

Неотъемлемой составляющей реализации перечисленных мероприятий является проведение проектных работ В этой связи особый интерес вызывает разработка методов проектирования процессов и аппаратов химической технологии

Рассмотрению вопросов проектирования аппаратов и систем посвящено множество работ, особое место среди которых занимают исследования ученых Кафарова В В , Сиразетдинова Т К, Островского Г , Волина Ю М, Рамма В М, Тимошенко А В , Серафимова Л Л, Дьякочова С Г, Елизарова В И, и др

Существующая практика выпошения проектных расчетов предполагает постоянство параметров входных потоков проектируемой установки, т е проектирование выполняется при параметрах сырья, строго оговоренных в техническом задании (ТЗ) В то же время наличие множества ресурсодобывающих компаний, а также установившиеся рыночные отношения приводят к проблеме выбора сырьевых источников и, как елгдетвие, непостоянству параметров сырья перерабатывающих предприятий отрасл л В результате такого непостоянства в процессе эксплуатации возникает леобшдимость корректировки технологического режима либо реконструкции действующего оборудования Создание методов проектирования технологических агшаргтоп, позволяющих учитывать возможное изменение параметров сырья либо оиргделять пределы то изменения, является актуальной задачей Задача осложняется для случая химико-тсхнологических систем (ХТС), состоящих из взаимосвязанных аппаратов

Решение рассматриваемой задачи предоставит возможность проектирования технологических аппаратов и ХТС, структура, конструктивные и режимные параметры которых будут независимыми по отношению к изменению характеристик сырья в определенной области, а кондиционные свойства получаемых продуктов будут отвечать заданным ГОСТам илц техническим условиям (ГУ)

Цель работы: разработка методов проектирования и построения области изменения параметров сырья технологических аппаратов и систем по условиям удовлетворительного функционирования (работоспособности), заданных требованиями ТЗ и ТУ в форме ограничений на показатели процесса Задачи исследования

1 Разработка метода, алгоритма и программного комплексу предпроектной разработки технологических аппараго» по условиям удовлетворительного функционирования, сформированных требованиями ТЗ и ТУ в виде ограничений (неравенств) на показатели процесса , ;

2 Разработка методов и алгоритмов проектирования технологических систем,

состоящих из взаимосвязанных аппаратов по агрегированным, смешанным и терминальным показателям функционирования

3 Разработка метода построения области изменения характеристик сырья, в пределах которой вектор проектируемых параметров технологических аппаратов и систем остается неизменным

4 Применение разработанных методов и алгоритмов в задачах проектирования технологических процессов нефтепереработки и нефтехимии

Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использовались методология решения задач аналитического проектирования, методы математического моделирования промышленных аппаратов, теории принятия решений, нелинейного и динамического программирования Научная новизна.

] Сформулирована многокритериальная задача проектирования, разработаны методы и алгоритмы проектирования технологических аппаратов и систем по условиям удовлетворительного функционирования (работоспособности), заданных в виде требований ТЗ и ТУ при переменных параметрах сырья

2 Разработан метод построения области изменения характеристик поступающего на переработку сырья, в пределах которой конструктивные и режимные параметры остаются неизменными

Достоверность результатов работы. Достоверность математических моделей и методов в задачах проектирования массообменных и реакционных аппаратов при переменных параметрах сырья подтверждается результатами промышленного эксперимента, применением законов сохранения массы, тепла и импульса

Практическая ценность. Предложенные методы позволяют определять конструктивные и технологические параметры, область изменения характеристик сырья на стадии предпроектной разработки и исключить в процессе эксплуатации корректировку технологического режима или реконструкцию оборудования На основе разработанных методов проведена предпроектная разработка технологических установок разделения хлормстиловой фракции, широкой фракции легких углеводородов, получения эфиров при переменных параметрах сырья

Использование работы. На основе предложенных в работе методов и алгоритмов проектирования проведена оптимизация действующей промышленной газофракционирующей установки па заводе ДБ и УВС ОАО "Нижнекамскнефтехим" Внедрение оптимальных параметров технологического режима в ректификационных колоннах установки привело к сокращению расхода тепла греющего пара на 11 %

Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались на Международных научных конференциях "Математические методы в технике и технологиях" (Казань, 2005, Воронеж, 2006, Ярославль, 2007, Саратов, 2008), Межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов "Актуальные проблемы образования, науки и производства" (Нижнекамск, 2006), VII Международной конференции по интенсификации нефтехимических процессов "Нефтехимия-2005" (Нижнекамск, 2005)

Публикация результатов работы. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ Среди них 4 статьи, 3 из которых в журнале из перечня ВАК, 6 - в материалах конференций

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений Основной текст работы изложен на 171 страницах машинописного текста, содержит 37 рисунков, 40 таблиц Список использованных источников включает 112 наименований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В первой главе проведен анализ существующих подходов к проектированию технологических аппаратов и систем на основе физического, математического, сопряженного физического и математического моделирования Рассмотрены математические модели типовых процессов химической технологии Показана актуальность задачи проектирования аппаратов и ХТС, структура, конструкция и технологический режим аппаратов которой будут независимыми по отношению к изменению входных параметров в определенной области

Во второй главе изложены методы проектирования и определения состояния входа технологических аппаратов и процессов по условиям удовлетворительного функционирования

Математическое описание технологического аппарата представляется в виде

У = ф,и), (1)

где у = (у,,у2, ,у„), у е У - п-мерный вектор выходных параметров аппарата, Х = (Х|,Х2, ,хт), хеХ - т-мерный вектор параметров, характеризующих состояние входа аппарата, и^ицЫ], ,иа), иеи - Б-мерный вектор проектируемых параметров Входные параметры состав, расход, температура, давление исходных веществ, поступающих в аппарат Обозначим переменные параметры на входе аппарата через у = (у,,у2, ,ус), V е V с X Компоненты

вектора проектируемых параметров аппарата параметры технологического режима и конструктивные параметры Выходные параметры аппарата характеризуют составы и расходы продуктов разделения, степень превращения веществ в реакторе и др

В качестве показателей, характеризующих эффективность функционирования аппаратов, могут быть капитальные затраты на создание аппарата и его эксплуатацию, показатели, характеризующие качество и количество выпускаемой продукции и т п Эффективность работы аппарата гк зависит от вектора входных и проектируемых параметров

гк = гк(х,и,у), к = 1,2, ,ш

На показатели функционирования аппарата согласно требованиям ТЗ и ТУ при проектировании накладываются ограничения в виде неравенств

Ьк <гк(х,и,у)<Вк, к = 1,2, ,ш, (2)

где Ьк, Вк - заданные предельно-допустимые значения показателей

Требуется определить вектор проектируемых параметров и е и и область изменения входных параметров УсХ аппарата, описываемого уравнениями (1), которые обеспечивают выполнение ограничений (2)

Вместо показателей гк введены безразмерные критерии проектирования

Тк(ц.у)= р ■- • = -£—Ч к = 1,2,. ,ш (3)

Вк-Ьк Вк"ьк

Величины ук(и, у), у"к(и, у) показывают отклонение показателей функционирования аппарата гк от максимальных и минимальных значений Неравенства (2) эквивалентны неравенствам

ук(и,у)<1, к = 1,2, ,2т. (4)

Проектируемые параметры и = (и|,и2, ,и5), удовлетворяющие неравенствам

(4) Vv е V, являются допустимыми

Если для области V0 входных переменных v е V0 с X и вектора проектируемых параметров1 u е U выполняется условие

r(u,v)= max yk(u,v)< 1 VveVpcX, (5)

k-1,2 ,2m

то вектор проектируемых параметров u e U удовлетворяет условиям (4) и инвариантен по отношению к изменению входных параметров в области V0

В случае, когда условие (5) не выполняется, необходимо найти следующее приближение вектора u е U и (или) области входных параметров V0 (veV0c х) путем минимизации критерия r(u,v) Необходимое и достаточное условие существования решения задачи

r0(u,v)=min шах yk(u,v)^l Vv е V0 с X

ueU k=l,2, ,2m

Из полученного множества решений задачи, обеспечивающих выполнение условия (5), выбирается одно и0 или несколько решений Построение области входных параметров проводится методом последовательных приближений Для каждого значения vJ+1 = Vj ± Av проверяется условие (5) при u0 е U Если это

условие выполняется, то значение vJ+1 со>раняется Расчет повторяется при заданной величине u0 е U до тех пор, пока не найдется такое значение входных переменных, при котором условие (5) нарушается Множество значений v определяет область изменения входных параметров при и = и0

Рассматривается процесс, состоящий из N последовательно соединенных элементов или алпарагов (рис 1)

Рис. 1. Многостадийный процесс последовательной переработки сырья

Математическое описание отдельных аппаратов

х,=Г,(*.-1.и,). » = 1А (6)

где х, =(х1„х12,. ,х1П), х, , =(х1Ч„х,_12, ,х,ч„) соответственно векторы

выходных и входных параметров 1-го аппарата, и, = (и.^и, 2, ,и1Г) - вектор

проектируемых параметров аппарата, N - число аппаратов

Показатели удовлетворительной работы отдельных аппаратов гки =гк,|(х.-1>и,)> к = 1.2, ,т, 1 = 1,2, ^

Показатели удовлетворительного функционирования процесса агрегированы из показателей отдельных аппаратов

n

Кк=1ЛДх.-1.и.). к = I.2. (7)

Удовлетворительное функционирование технологического процесса характеризуется условиями, когда его показатели функционирования не выходят за допустимые границы

ак<Кк=Хгк1(х,-,.»,)^Лк Уу0еУ0 (8)

1=1

Совокупность проектируемых параметров и = (и,, и2, , им)е и по аналогии с методом динамического программирования называется стратегией проектирования технологического процесса

Необходимо построить стратегию проектирования процесса и = (и,,и2, ,ин)еи, описываемого уравнениями (6), при юторой выполняются ограничения на показатели функционирования (8)

Стратегия проектирования, обеспечивающач решение поставленной задачи называется допустимой стратегией Введены критерии

Ч,(х,-|.и,)=-7- >к = 1,2, ,ш,

Ак'ак

/ \ rk,,-ak/N hk,Ax.-j'u.)=—^-.к =1,2, ,ш, 1 = 1,2, ,

Ак-ак

N

Неравенства (8) эквивапешны нераьенствам

rk(u)=£hkJ(xM,u,)sl,k = l,2, .2ш (9)

Если при стратегии u = (u,.u2, ,uN)eU выполняется условие

то стратегия и б U является допустимой Условие

SN(u)=mmr0(u) = mmkE[raaX2m]rk(u)5l Vv0eV0 (11)

для процесса, описываемого уравнениями (6), является необходимым и достаточным условием существования допустимой стратегии проектирования

Для построения допустимой страте! ии проектирования используется алгоритм решения минимаксной задачи Для процессов, состоящих из N аппаратов, в качестве систематической процедуры понижения размерности применяется метод динамического программирования

Учитывая выражения показателей функционирования и критериев проектирования, заданных в виде .аддитивных функций (7), (9) и уравнения состояния (6) при заданной стратегии проектирования u е U получено функциональное уравнение аналитического проектирования

SN(xo»v0)=mm max hk(x0,v^u^+S^frfco,v0,u,)) , (12)

u,eU kc[!,2, ,2m]

Полученное уравнение является математической формулировкой принципа оптимальности и позволяет, зная решение минимаксной задачи для N-1 последних аппаратов процесса и зависимость минимального значения критерия r0N_, от х,,

определить вектор проектируемых параметров для первого аппарата u, е U

Расчет стратегии проектирования в соответствии с рекуррентным соотношением (12) проводится от последнего аппарата, с конца процесса, к началу, до первого аппарата В результате расчетов проверяется условие

8„(Х0,У0)£1 Уу0еУ0. (13)

Если это условие выполняется, то стратегия проектирования и0 =(и01,и02,. ,иом) является решением минимаксной задачи и допустимой

стратегией В случае, когда неравенства (13) нарушаются хотя бы для одного значения вектора у0еУ0, такая стратегия допустимой не является, условия удовлетворительного функционирования процесса не выполняются Рекуррентное соотношение для последнего аппарата

Для первого значения вектора на входе К1-го аппарата получаем вектор

ш

Аналогично определяется ио н для значения параметра е Хмч и тд для всей области входных параметров В результате изложенной

процедуры расчета находятся зависимости Б^х^,),

Рекуррентное соотношение для 1Ч-1-го аппарата

Яг^и-гЬ т"? , тах ^(х^.и^+З^х,,.,)

,2т] J

Продолжая процесс вычислений для всех остальных аппаратов, придем к расчету вектора проектируемых параметров для первого аппарата в зависимости от вектора входных параметров технологического процесса х0 е Х0, среди которых находятся и переменные параметры сырья \0 е У0 с Х0 Рекуррентное соотношение для определения и01(х0,У0) имеет вид (12) В результате получены зависимости и0(х0,у0), х,(х0,у0), 8н(х0,у0)

1 На этом первый этап решения задачи закончен Второй этап решения проводится от начала процесса к конечному аппарату и связан с выбором значения и,

для каждого аппарата По измеренному значению параметров сырья е У0 и заданной величине х0еХ для первого аппарата выбирается и0,, по уравнению состояния вычисляется х,(х0>Для состояния на входе второго аппарата х,(х0, ^,и01) выбирается значение и02 и рассчитывается состояние выхода х2(х1,и02) и тд, продолжая процесс вычислений, находится стратегия проектирования и01,и0 2, ,и0 м и состояние выхода каждого аппарата для заданного значения параметров сырья у0 е У0

Из множества проектируемых параметров ио = (и01,и02, ,иом) выбирается одно или несколько значений, которые для одного' или множества входных параметров Уо=(уо\уо^> >уо') удовлетворяют условию 8н(х0>\'0)<1

=(уо'>уо'> Ло') Пересечение множеств С = У0пи0п8>1 определяет , множество проектируемых и входных параметров, при которых выполняются условия

Рассматриваются технологические процессы, для' которых помимо

ограничений на агрегированные показатели функционирования, существуют ограничения на показатели функционирования отдельных аппаратов Математическое описание такого процесса включает ураг нения (6), ограничения на агрегированные показатели функционирования (8) и на показатели функционирования отдельных аппаратов (локальные показатели)

Ч^РкДх.-ри.^Вк,, \ЛгвеУ0, к=1,2, ,т, 1=1,2, (14)

Необходимо построить стратегию проектирования процесса и=(и,,иг, ,ик)еи, описываемого уравнениями (6), при которой выполняются ограничения на показатели функционирования (8), (14)

Частный случай 1 Часть показателей функционирования последнего в схеме аппарата гкм(хы_,,им) (к = 1,2, ,т) входит в агрегированные показатели, другая

часть Рк^(хк-1'иы) (к = т + 1,т + 2, в агрегированные показатели не входит Неравенства (14) эквивалентны неравенствам ук>)(хмч,ин)< 1,

к = 2т + 1,2т + 2, ,2<\

Для Ы-го аппарата определяется виггор проектируемых параметров ик(хь|_1) и область входных параметров, удовлетворяющих условиям

в/хц-О = ™ м(*к-1>им) С5)

^Нф^Г (16)

Задается значение параметра на входе хм_, е Хьм, первое приближение вектора проектируемых параметров и^ с ик н проводится минимизация величины цтах^Дх^.и^) выбором им е^

Проверяется условие (16) Ее; и условие выполняется, то вектор проектируемых параметров иоь, для заданного значения еХм_, удовлетворяет

условиям (15), (16) Теперь проводится расчет для следующего значения входных переменных хнч е Хм_, Таким образом, проводите я расчет для всех переменных на входе аппарата хы_, е , в результате которого определяется область изменения входных переменных

< < (17)

и вектор проектируемых параметров и0ц(хк_|), у,о овл створяющий условиям (15),

(16) Здесь , х"_! - предельные значения переменных на входе, определяющие допустимую область их изменения '

При переходе к расчету следующего N-1-10 аппарата кроме показателей гк м_](хк-2>и1\'-1) и Рк,ы-1 (хN-2»и1ч-|) накладываются ограничения на выходные параметры, являющиеся входными для Ы-го аппарата в виде неравенств (17) вместо

ограничений (к = 1,2, ,п) вводятся безразмерные критерии в

, • ; > и

количестве 2п

В результате расчета N-1-1-0 аппарата получены зависимости и0№,(хм_2),

Мх хы-1(х1-м) и область изменения входных переменных хк_2 < хм_2 < я , из которой формируются критерии проектирования N-2-1X3 аппарата Продолжая процесс проектирования, нахоДйм' область изменения входных переменных на входе каждого аппарата

х*_,£хи<х", 1 = 1,2, ,Ы и допустимую стратегию проектирования и0=(и0,,и02, ,иом), удовлетвор»ющую условиям

где J - номер аппарата, функционирование которого характеризуется локальными показателями рк

Из области входных переменных [хц,х"] первого аппарата схемы

выбираются переменные параметры у0, которые в процессе эксплуатации могут

изменяться и определяется область их изменения У0 = [у^, у" ]

Второй этап расчета аналогичен алгоритму, изложенному для случая проектирования по агрегированным показателям

Частный случай 2 На показатели функционирования аппаратов и технологического процесса накладываются ограничения

ь;к^г1к(х1.1,и1)^в1к, 1=1,2, (18)

ак<11к<Ак, Як=Хгк,(х,_1)и1),ак=ХЬ1к, Ак=£В1к, к = 1,2, ,ш,(19)

■=1 1=1 1=1

Требуется определить стратегию проектирования и0=(и01,и02, ,и0К)е1Г и область изменения входных переменных всего процесса у0 е V,, с Х0, описываемого уравнениями (6), которые обеспечивают выполнение ограничений на показатели функционирования (18), (19) Неравенства (18), (19) представлены в эквивалентной форме

у,,к(х1И,и,)<1, к = 1,2, ,2т, (20)

^к(х0,и)^1, к = 1,2, ,2т, (21)

Если при стратегии и0 = (и01,и0 2, ,и0К) е II выполняются условия (20),

тогда данная стратегия удовлетворяет условию (21) Необходимое и достаточное условие существования допустимой стратегии принимает вид Г0 (и) = пип тах у к (х,_,, и,) < 1 Уу0 е У0 с Х0

и.еи, к=[1 2, ,2т]

Расчет допустимой стратегии и области изменения входных параметров проводится с последнего аппарата технологической схемы Условию Гм(им)<1 удовлетворяет одно или несколько решений ин е иы, если они существуют Из множества решений выбирается одно значение вектора проектируемых параметров

Хо 1 2

*

I- рх2

Рис. 2.

ио м(хмч) и Для него методом последовательных приближений строится область

изменения входных переменных е £ хк_, <

Далее выполняется проектирование следующего Ы-1-го аппарата Как и в предыдущем случае формируются критерии по выходным переменным В результате расчета получаем одно значение вектора и0 ц_,(хм_2) ^х>1_2 е

Процесс вычислений продолжается до первого аппарата, для которого находятся и01(х0)еи, Ух0 с[х^,х"] Поскольку значения проектируемых

параметров для каждого аппарата определены для всех значений входных переменных, то второй этап расчета исключается

При организации технологического процесса с обратной связью (рис 2) вектор состояния входа для первого аппарата

процесса х0 = х0+рх2

В результате построения области изменения параметров на входе 2-го и 1-го аппаратов согласно алгоритмам, изложенным выше, получим множество значений

х0 =(х'0],х'02, ,х'0п) Каждому значению х01 (1 = 1,2, ,п) соответствует стратегия стратегия и0, = (ио^и^, и значение вектора на выходе процесса х2, При

заданной величине коэффициента обратной связи р получим множество значений входных параметров процесса х0>| = х0 -рх21, 1 = 1,2, ,п

В третьей главе рассматривается применение разработанных методов в задаче проектирования массообменного аппарата

Математическое описание ректификационной колонны включает уравнения покомпонентного материального, теплового балансов, составленных относительно теоретических ступеней разделения, и гидравлического расчета В результате гидравлического расчета определяется тип контактных устройств, диаметр и высота колонны Количество действительных тарелок в аппарате Ык = М/т]т , где N - число теоретических ступеней, определяемое в результате расчета уравнений материального баланса, г|т - эффективность или коэффициент полезного действия колонны

Для расчета эффективности рассматриваются уравнения турбулентного движения и массопереноса с граничными условиями в парожидкостном слое на контактных устройствах колонны

Эй „ Зи 1 Эр

и— + 9— =---- +

% дп рж дЕ,

д2и д2и

Эи ЙЭ „ до Ар — + — = 0, — = —. дЕ, дп % 1ж

Зх _3х ^ и — + Э— = 0П 8с, 5г|

а2х Э х 1Д2 +дц2)

+ Г.

(22) (23)

где и, Э - продольная и поперечная составляющие скорости жидкости на тарелке, х -массовая концентрация компонентов в жидкой фазе, £ и г) - безразмерная продольная (вдоль пути жидкости) и поперечная координаты плоскости тарелки, ут и Эт — коэффициенты 1урбулентной вязкости и диффузии, г, - источник массы вещества,

Ар - градиент давления жидкости

Источник массы гх связан с обьемным коэффициентом массопередачи (Кха)ж и движущей силой процесса

Гх=(М«(х*-х) (24)

где х* — массовая концентрация компонента в жидкой фазе, равновесная с концентрацией пара состава у, находится из уравнения равновесия х* = Г(у) Объемный коэффициент массопередачи (Кха)ж

(МжММ;'+Мр4Г> (25)

где (Ра)ж = (Ра)/Уж — объемный коэффициент массоотдачи, - объем жидкости,

ш - коэффициент распределения

Выражения для расчета кинетических характеристик парожидкостного слоя принимают вид

в жидкой фазе фа.)- ^

а^Я,, 8сж ^ 1ж (и?жРж +2 а/Я,)

в паровой фазе (раг)- "^г[So(p^2 + p^hcт)-SvPnW^2| (2?)

ап^^К.,г8сг у/К1Г уи^ррп + 2а/Я,)

где и,ж, и,г - средняя динамическая скорость в жидкой и паровой фазах, 80, 8к -свободное сечение тарелки и колонны, 'Л'0 и - скорость пара в отверстиях газораспределительных устройств и средняя скорость пара в колонне, р„, рж -плотности пара и жидкости, g - ускорение свободного падения, Ьст — высота столба жидкости на тарелке, , Я,г - число Рейнольдса в пограничных слоях жидкости и пара, Бс - число Шмидта, ст - коэффициент поверхностного натяжения, Яэ -эквивалентный радиус отверстий

Уравнения (251 - (27) позволяют вычислить коэффициенты массопередачи в источниках массы для уравнений (22), (23) Решение уравнений (22) проводите я конечноразностной аппроксимацией схемой с весами Решение уравнения (23) выполняется аппроксимацией исходной системы системой линейных алгебраических уравнений Интегрирование уравнений (22), (23) с замыкающими соотношениями (24) - (27) позволяют вычислить изменение концентрации компонентов на тарелке и

определить ее эффективность или кпд по Мерфри в жидкой фазе Ех и паровой Еу Е*Е*(28)

где х0, х, - концентрации компонентов на входе и на выходе тарелки, х^ -

равновесная концентрации компонентов на выходе тарелки, тр - коэффициент

распределения, Ь, V - массовые расходы жидкости и пара

, На основе предложенной модели проводится проектирование ректификационной установки разделения хлорметил-изобутиленовой фракции производительностью 65000 кг/ч по исходному сырью Определяются конструктивные параметры установки, а также область изменения переменных

хараш еристик сырья, при которых установка функционирует удовлетворительно Состав сырья (% масс) изобутан — 0 10, изобутилен - 4 50, хлорметил - 95 00, н-пентан - 0 15, изопрен - 0 25

Удовлетворительное функционирование установки характеризуется качественным составом продуктов получаемых на выходе колонны (табл 1)

Таблица I

Показатели качества продуктов разделения_

Состав хлорметиловой фракции, % масс Состав изобутшеновой фракции, % масс

изобутан < 0 10 изобутан < 3 00

изобутилен < 2 00 88 00 < изобутилен < 90 00

хлорметил > 98 00 хлорметил < 100

н-пентан < 0 10 н-пентан < 5 00

изопрен < 0 10 изопрен < 7 00

Расход тепла не должен превышать 1260 кДж/кг разделяемой смеси Проектируемые параметры установки Ык - число тарелок, Гк - номер

тарелки ввода питания, О, Н- диаметр и высота колонны, Я = Ъ/О - флегмовое

число, Тв, Рц - температура и давление верха колонны, доля отбора потоков

компонентов Е, = с!,/£", , (Г,, <1, — массовые потоки 1-го компонента в питании и

дистилляте)

Применимость приведенной математической модели в рассматриваемой задаче подтверждена результатами исследования на достоверность путем сравнения выходных характеристик промышленной установки и расчетных значений по предложенной модели Максимальная погрешность расчета концентраций 5 92 %, максимальная погрешность расчета режимных параметров 12 35 %

Значения проектируемых параметров и некоторых параметров гидравлического режима колонны должны удовлетворять условиям 305ТВ^50, 700 <РВ <900, 0<4, 40<Н<60, 60£НК<80, 1:<ГК<МК

Доля отбора потоков компонентов задается проектировщиком на основе анализа их теплофизическихсвойств £изобуган=0, ^„о6угиле„=0, ^ориетш1=1, ^„-„еяга„=0, ^„^„=0

В табл 2 приведены некоторые значения вектора проектируемых параметров, полученные в результате поиска проектируемых параметров на основе разработанного алгоритма

Таблица 2

Результаты поиска проектируемых параметров__

№ итерации 1 2 3 4 5 6 7

Вектор проектируемых параметров

N, шг 40 41 43 45 47 49 50

fK 31 16 28 28 25 19 19

R 2 58 2 29 2 01 1.72 1 72 1 15 0 87

Рв, кПа 801 56 799 17 796 77 794.37 794 37 789 57 787 19

тв,°с 39 37 39 24 39 13 39.02 39 01 38 77 38 65

Для проведения дальнейших расчетов и построения области входных параметров выбрано решение №4 Область изменения входных параметров установки А (кг/ч), в пределах которой проектируемые параметры инвариантны приведена в табл 3 (Хс, Хв - концентрации компонентов в дисгилляте и кубовом остатке)

Таблица 3

Пределы изменения входных параметров установки _

Компонент /и • кг/ч /тш-юЫ А . кг/ч ХЦ", % х™. % х™п, % хчг, %

Изобутан 58.66 71.66 13 00 0 00 0 10 0 00 3 00

Изобутилен 2778.75 3071.25 292.50 0 00 2 00 88 00 90 00

Хлорметил 35123.41 68079.38 32955.97 98 00 100 00 0 00 1 00

Н-пентан 9310 108 05 14.95 0 00 010 0 00 5 00

Изопрен 162.00 170.10 810 0 00 0 10 0 00 7 00

Смесь 38215.92 71500.43 33284.51 - - - -

В рамках построенной области входных параметров Л (кг/ч) выполнен гидравлический расчет и расчет эффективности установки В результате расчета, проводимого для минимального, максимального и указанного в ТЗ расхода питания, определены диаметр, высота, количество и тип действительных тарелок Б = 3 6 м, Н = 49 2 м, Нт = 0 6 м, >1к = 73 , Гк = 45 , тип тарелки - клапанная двухпоточная

В условиях эксплуатации при изменении входных параметров в пределах допустимой области (табл 3) массовые расходы дистиллята О, флегмы Ь, греющего пара вр в кипятильник и хладоагента Сх в конденсатор установки в силу сохранения материального и теппового балансов являются переменными и зависят только' от состава и расхода сырья Расчет уставок регуляторам расхода дистиллята, флегмы, пара и хладоагента проводится на основе зависимостей

1=1 1=1 1=1

Гг Гг 1=1 ~ 'н! 1=1

где хР,, Б - измеренные значения концентрации 1-го компонента в питании и расхода сырья, <}к- расход тепла на обогрев колонны, гг, гк, гп — удельные теплота конденсации греющего пара, испарения кубового остатка и конденсации паров, отводимых с верха колонны, соотвстсъенно, сР - удельная теплоемкость хладоагента, Тк, Тн - конечная и начальная температуры хладоагента Удельная теплота конденсации гк и испарения гГ1 определяется по результатам расчета уравнений материального, теплового балансов

В четвертой главе рассмотрены задачи проектирования и определения состояния входа технологических процессов нефтепереработки и нефтехимии

В задаче моделирования процесса разделения хлорметил-изобутиленовой фракции в каскаде ректификационных колонн (рис 3) производительностью 30000 кг/ч определяются технологические параметры (расходы флегмы) и область изменения характеристик сырья по агрегированным показателям функционирования

Состав сырья (% масс ) хлорметил - 94 39, изобугилен - 5 20, н-бутилен -0 003, изопрен — 0 404, амилен - 0 003 Требования по качеству хлорметиловой фракции (% масс ) хлорметил > 96, изобутилен < 4, бутилен < 0 5, изопрен <. 0 01, амилен <0 01 Расход тепла греющею пара в кипятильники колонн не должен превышать 2725 кДж/кг разделяемой смеси

Математическое описание ректификационных колонн включает уравнения, приведенные в третьей главе Адекватное гь математического описания подтверждена результатами промышленного эксперимента

Область допустимых значений расходов флегмы Ь, и Ь2

10000 <Ь, < 40000, 1000 <Ь2 < 27000

В результате моделирования с помощью алгоритма, изложенного во второй главе, по агрегированным показателям определены расходы флегмы Ь, 0 в колонне

К1 и Ь, 0 в колонне К2 Допустимая стратегия проектирования Ь10, Ь20 в

зависимости от значений потоков на г ходе процесса с достаточной точностью методом наименьших квадратов аппроксимирована степенными зависимостями

Ь, ге8Г = ехр(-38 0694%Г]У({2УШ<)%У ,

Ь2гевг = 194585(Г|) ОПОЗ(^)О97О30300280135(Г5)00№.

где индексы 1 - хлорметил, 2 - июбутилен, 3 - н-бутилен, 4 - изопрен, 5 - амилен а = 9 9638-0 36291^,,

Ь = -0 8902-0 3876Ы, +0 35351»^ -ООООМ^ -0 01461п^ -000091пГ5, с = 0 0338 - 0 00361п ^ + 0 00141п Г, + 0 00081п Г4 + 0 00081п Г5, ё = -0 1530 + 0 02141п^ +000451п^, е = 0 0042 - 0 00051п Г,+0 0022 в области изменения потоков на входе установки (ы/ч)

20000^^ <:40000,500<12 <4000, I ',^<40, :»0<Т4<700, 1 <Г5 <40 . Средняя погрешность аппроксимации для всех значений входных потоков составляет ДЬ) гевг =10 22 %, ДЬ2 гс„г =9 02 % На рис 4 построены зависимости

допустимой стратегии проектирования и аппроксимирующих выражений от количества изобутилена в исходной смеси

400 ЮОО 1600 2200 2800 3400 4000

Расход изобутилена в питании колонны К1, кг/ч Рис. 4. Зависимость расхода флегмы от расхода изобутилена при ^ = 30000, Г3 = 40, Г4 = 360 , С5 = 20.5 ( — моделирование,---аппроксимирующая функция)

Выполнено проектирование газофракционирующей установки (ГФУ) Согласно требованиям ТЗ необходимо спроектировать установку разделения широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ) производительностью 176000 кг/ч по исходному сырью Определить структуру установки, технологический режим и конструкцию используемых аппаратов, а также построить область изменения входных параметров, при которых установка будет функционировать удовлетворительно Состав сырья (% масс) этан (С2) - 2 10, пропан (с3) - 18 00, изобутан (1С4) - 9 00,

бутан (пС4) - 17 30, изопентан (1С5) - 17 60, пентан (пС5) - 15 10, гексан - (с6) 20.90 Требования по качеству разделения согласно ТУ приведены в табл 4

Таблица 4

Показатели качества изготовляемон продукции_

Наименование продукции Номер ТУ Углеводородный состав, % масс

Фракция этановая Не регламентируется -

Фракция пропановая 0272-023-00151638-99 С2Й2, С3 £96, £С4<3

Фракция изобутановая 0272-026-00151638-99 С, 51 5, 1С4 £ 97, пС4 ^ 2

Фракция бутановая 0272-025-00151638-99 Сз^05,1С4<1 5,пС4>975,1(^206

Фракция изопентановая 0272-029-00151638-99 пС,<1 5,1С5 >975,пС,<:25, С5<03

Фракция пентановая 0272-028-00151638-99 £С4<02, пС5 >96 5, С6 <3

Фракция гексановая 2411-032-05766801-95 пС5 <2

В качестве аппаратов, необходимых для проведения процесса переработки ШФЛУ, используются простые ректификационные колонны В результате анализа теплофизических свойств компонентов и состава ШФЛУ определена структура технологической схемы процесса (рис 5). ,

сг,с, ,с4

>:с5

1С,

ШФЛУ -►

К1

К2

V

КЗ

I с4,£с5,с6

V,

IC5>C6 ПС,

К4

Л"

К5

С2

Кб

Т-, У.

С,

пС,

Рис. 5 Структура технологической схемы установки разделения ШФЛУ

Удовлетворительное функционирование процесса характеризуется качественным составом продуктов (табл 4), получаемых на выходе колонн, а также нормой расхода тепла на установку

К1 не более 295 кДж/кг, К2 не более 335 кДж/кг, КЗ не более 1530 кДж/кг, К4 не более 535 кДж/кг, К5 не более 1550 кДж/кг, Кб не более 225 кДж/кг Математическое описание отдельных аппаратов процесса разделения ШФЛУ приведено в третьей главе Проверка достоверности математического описания проводилась на основе моделирования промышленной ГФУ Погрешность расчета массовой доли целевых компонентов на выходе процесса не превышает 2 84 % Максимальная погрешность расчета режимных параметров давления верха 0 %, давления в кубе-2 62 %, температуры верха-43 73 %, температуры куба - 13 24 % В результате проектирования установки разделения ШФЛУ на основе метода, соответствующего частному случаю 2 проектирования по смешанным показателям функционирования, получены резутьтаты, приведенные в табл 5,6

Таблица 5

Параметр К1 К2 КЗ К4 К5 Кб

ТП,С° 50 70 60 50 54 50 61.30 55 70 65 70

Рв, кПа 1925 00 719 40 760 00 253 30 243 20 2918 00

Я 3 00 2 00 11 90 1 70 7 50 2 00

N 75 74 126 79 145 53

№ 30 32 66 56 73 33

Н, м 50 00 50 00 80 00 5200 92 00 2800

Эв ,м 3 40 3 00 3 60 3 80 5 50 2 00

Бн ,м 3 40 3 20 3 60 3 80 5.50 3 00

Тарелка верхней секции клапанная двух-поточная клапанная двух-поточнай клагшшая четырех-поточная клапанная двух-поточная к 1апанная двух-поточная клапанная , двух-поточная

Тарелка нижней секции клапанная четырех-поточная клапанная ' трех-поточная клапанная чел ырех-по точная клапанная двух-' поточная к цапанная четырех-поточная клапанная двух-поточная

Пределы изменения входных параметров установки, т/ч

Таблица 6

с2 С, пС4 ,С5 пС5 ШФЛУ

.кг/ч 31164 29241 8 15845 0 26996 6 291718 25536 5 36795 0 166703.0

. кг/ч 4043 4 37530 6 17854 6 304570 31294 9 26584 0 55883 9 203648.2

На основе разработанных методов решена задача минимизации энергозатрат на процесс разделения ШФЛУ, проводимый на заводе ДБ и УВС ОАО "Нижнекамскнефтехим" Задача оптимизации сформулирована следующим образом для установки разделения ШФЛУ, технологическая схема и конструкция аппаратов которой заданы, требуется определить флегмовые числа в колоннах, обеспечивающие минимум потребления тепла греющего пара на установку при ограничениях по качеству получаемых продуктов (табл 4)

Критерий оптимизации представлен в виде аддитивной функции показателей функционирования отдельных аппаратов, характеризующих расход тепла на обогрев ю

колонн 0а

И

—чшп, где расход тепла греющего пара на ооогрев

колонн установки Минимизация величины выполнена путем решения

последовательности многокритериальных задач

Построена область изменения параметров сырья установки получения метил-третамилового (МТАЭ) и метил-вторамиленового (МВАЭ) Процесс получения эфиров основай на взаимодействии метанола с изоамиленами и пипериленами в присутствии катализатора с последующим разделением реакционной массы Действующая производительность установки заданной конструкции 3560 кг/ч по исходному сырью

Состав сырья (% масс) н-пентан - 46 07,2-метил-1-бутен - 1 40, 2-метил-2-бутен-6 46, 1-транс-З-пентадиен - 19 94, 1-цис-З-пентадиен - 26 12 Требования по качеству получаемой смеси эфиров сформированы в виде ТУ Процесс получения эфиров включает в себя 2 стадии синтез МТАЭ и МВАЭ в реакторном блоке, выделение МТАЭ и МВАЭ из реакционной смеси на выходе реакторов методом ректификации (рис 6)

Математическая модель процесса включает математическое описание ректификационной колонны, уравнения кинетики процесса синтеза эфиров

ёх.

"х кат к Iх

с1х.

2мб 1 >

<1х„

(1Ь

" — .. _ X,

т(^1Х2мб! +^2Х2мб2

ах

иттр _

1т( к6Х,

пигс-тр ^5Хпип-тр]

йР V (у

Vp Х кат V »

пнп-цис Эр

аь

«^мааэ. |

<11. "Ур ит

^ 2мб 2 + ^3X21451),

~ к^х ПИЛ„ЦИС )

к

кат\лбХлип-тр ~^^4хпип-цис к^ Xч«,п/

^ -"^~Хка^5Хмв»' ^ ~ у Хкат(-'С1Х2ма-1С2Х2м62-(к4+к5)хпи^ци<. (к6 + к5)хптКгр),

где х, - объемные мольные концентрации компонентов реакционной смеси и

катализатора, Ь - продольная координата реактора, Эр - свободное сечение реактора, Ур - объемный расход реакционной смеси Константы скорости реакции кч (д = 1,2, ,б) описываются уравнением Аррениуса

кч=кч0ехр(-Еч/(ягТр)), где кС|0 - предэкспоненциальный множитель, Еч - энергия активации компонентов, вступающих в реакцию, И.г — универсальная газовая постоянная

к10=ехр(25 05), Е,/Кг =9241 97, к20 =ехр(29 19), Е2/Яг =9241 97 , к30=ехр(2905), Е3/Яг =10925 99, к<„=ехр(23 12), Е4/Яг =9888 56, к50=ехр(26 9б), Е5/Яг =11431 82, к60 =ехр(24 44), Е6/Яг =9712 30 . Изменение температур реакционной смеси ТР и теплоносителя Тт в реакторе определяются следующими уравнениями

ёТр / ^гма |

с1Ь (

с1Тт _ КртпП

СТС1

¿Ъ ) сс0и

Гах,

лип-цис ,

аь

аь

ДН2 Крт71РтЫт

СМ у ГСМ

ср УРСР

(Тр-Тт),

шт _ крт7Шт1мт / _ \ л /-• -см \ Р Т/>

где Д1Н,, ДН2 - тепловой эффект реакции для изоамиленов и пипериленов, с™ -изобарная теплоемкость реакционной смеси, Крт - коэффициент теплопередачи от реакционной массы к теплоносителю через стенки трубки, , Эт - количество и диамегр трубок в реакторе Достоверность математического описания процесса проверена на основе моделирования действующего установки

Рис. б. Установка получения эфиров. 1 - сырье; 2 - метанол; 3 — реакционная смесь; 4 - продукты реакции, 5 - непрореагировавшие компоненты; 6 - эфиры; 7 - побочные продукты синтеза; 8 - рецикл; 9 - отработанная фракция С5

Результаты построения области входных параметров технологического процесса и ТУ при доле рецикла рР = 0 3 представлены в табл 7

Таблица 7

Области изменения параметров ма термальных потоков установки, кг/ч

Компонента /Г /Г утт /Г учит утаг

Н-пентан 1594 1 1735 4 682 9 743 6 2277 0 2479 0

2-метил-1-бутен 34 7 63 3 - - 34 7 63 3

2-метил-2-бутен 220 4 240 5 14 8 195 235 2 259 9

1 -цис-3-пентадиен 905 5 974 4 326 9 360 6 1232 3 1335 0

1 -транс-З-пентадиен 689 1 734 8 133 9 152 4 823 0 887 2

Метанол 294 3 322 1 - — 294 3 3221

МТАЭ - - 0 01 0 1 - -

МВАЭ - - 0 03 03 - —

Димеры пиперилена - - 00 00 - -

Итого! 3738.2 4070.4 1158 5 1276 5 4896.7 5346.5

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1 Сформулирована многокритериальная задача проектирования на стадии предпроектной разработки технологических аппаратов и ХТС по условиям удовлетворительного функционирования (работоспособности) при переменных параметрах сырья Условия удовлетворительного функционирования представлены в виде ограничений на качественные и количественные характеристики получаемых продуктов, параметры технологического режима и конструкции аппаратов, эксплуатационные и капитальные показатели и др

2 Разработан метод проектирования технологических аппаратов по условиям удовлетворительного функционирования, позволяющий определять проектируемые параметры и область изменения характеристик сырья, в пределах которой проектируемые параметры остаются неизменными (инвариантными)

3 Предложенный метод применяется в задаче проектирования тарельчатых ректификационных аппаратов разделения многокомпонентных смесей Получена замкнутая математическая модель ректификационной установки Спроектирована установка разделения хлорметил-изобутиленовой фракции На основе промышленного эксперимента показана адекватность предложенной математической модели установки В результате проектирования определены конструктивные и технологические параметры, область изменения характеристик сырья

4 При проектировании ХТС по агрегированным показателям, записанным в виде аддитивной функции показателей работы отдельных аппаратов, получено функциональное уравнение аналогичное уравнению Беллмана в теории динамического программирования дискретных процессов На основе уравнения разработан метод проектирования, используемый в задаче определения режимных параметров технологической схемы каскада ректификационных установок

Разработан метод проектирования ХТС по смешанным показателям, когда кроме ограничений на агрегированные показатели работы системы, накладываются ограничения на показатели работы отдельных аппаратов Реализация метода проведена при проект ировании технологического процесса разделения ШФЛУ

При проектировании ХТС с рециклом по терминальным показателям, заданным для конечного аппарата процесса, предложен алгоритм определения области входных переменных внешнего потока и рецикла, на основе которого построена область изменения потоков сырья и рецикла действующей промышленной установки этерификации изоамиленов и пинериленов

5 Разработанные методы и алюритмы проектирования технологических аппаратов и систем реализованы в виде программного комплекса, основу которого составляют математические модели рассмотренных в работе процессов

6 На основе предложенных математических моделей и алгоритмов проектирования проведена оптимизация действующей промышленной установки газофракционирования Внедрение оптимальных значений расходов флегмы в ректификационных установках привело к сокращению расходов тепла греющего пара на 11 %, что обеспечило экономический эффект от внедрения более 11 млн руб в течении 6 месяцев эксплуатации

Основные результаты диссертационном работы опубликованы в следующих работах

1 Галсев, ЭР Аналитическое проектирование технолотических аппаратов инвариантных к изменению параметров входных потоков /ЭР Галеев, В В Елизаров, В И Елизаров // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-18 Сб. трудов XVIII Международ науч конф в 10 т Секция 2 , под общ ред ВС Балакирева - Казань Изд-во Казанского гос технол ун-та, 2005 -Т 2 - С 33-35

2 Галеев, Э Р Автоматизированный расчет технологических аппаратов на примере ректификационной установки разделения хлорметил-изобутиленовой фракции /ЭР Галеев, В В Елизаров, В И Елизаров // Материалы VII международной конференции по интенсификации нефтехимических процессов "Нефтехимия-2005" Нижнекамск Издательско-полиграфичеси'й центр ОАО НКНХ, 2005 -С 166-167

3 Галеев, Э Р Математическое моделирование технологической схемы, инвариантной к изменению параметров входных потоков /ЭР Галсев, В В Елизаров, В И Елизаров // Математические методы з технике и технологиях - ММТТ-19 Сб трудов XIX Международ науч конф в 10 т Секция 3 , под общ ред В С Балакирева - Воронеж Воронеж гос технол акад,2006 -Т 3 -С 5-7

4 Галеев, Э Р Математическое моделирование технологических аппаратов инвариантных в области изменения входных параметров /ЭР Галеев, В В Елизаров, В И Елизаров // Изв вузов Химия и хим i ехнология - 2006 - Т 49 - Вып 11 - С 106-114

5 Галеев, Э Р Структурная оптимизация гаюфракционирующей установки с целью уменьшения энергозатрат /ЭР Галсев // Материалы межвузовской научно-практической конференции студентов и аспиранток, посвященной 40-летию города Нижнекамска "Актуальные проблемы образования, науки и производства" Казань Инновационно-издательский дом "БутлероБСкое наследие", 2006 - С 1-2

6 Галеев, Э Р Математическое моделирование гаюфракционирую-щей установки инвариантной к изменению параметров сырья /ЭР Галеев, В В Елизаров, В И Елизаров // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-20 Сб трудов XX Международ науч конф • в 10 т Секция 3, 4 , под общ ред В С Балакирева - Ярославль Изд-во Яросл rot технол ун-та, 2007 - Т 3 - С 66-70

7 Галеев, Э Р Аналитическое проектирование технологических процессов по условиям удовлетворительного функционирования /ЭР Галеев, В В Елизаров // ВестникКГТУ им АН Туполева -2007 -№3 (47) - С 98-104

8 Галеев, Э Р Математическое моделирование аппаратов технологической схемы при переменных параметрах сырья /ЭР Галеев, В В Елизаров, В И Елизаров //Изв вузов Химия и хим технология -?007 -Т 50 - Вып 10 -С 98-105

9 Галеев, Э Р Определение границ и величины риска при проектировании технологического процесса синтеза и выделения эфиров /ЭР Галеев, В В Елизаров //

Проблемы человеческого риска -2007 -№2 - С 83-91

' ' 10 Галеев, Э Р Определение допустимой области изменения параметров сырья в технологической схеме получения эфиров /ЭР Галеев, В В Елизаров, В И 'Елизаров // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-21 Сб трудов XX] ' Международ науч конф в Ют Секция 3 , под общ ред ВС Балакирева -Саратов Изд-воСарат гос технол ун-та, 2008 - Т 3 - С 160-164

Заказ Тираж 80 эю

Офсетная лаборатория Казанского государственного технологического университета

420015; Казань, К Маркса.68

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.

1.1. Математические модели технологических процессов.

1.1.1. Типовые модели. Описание технологических процессов типовыми моделями.

1.1.2. Математические модели аппаратов ХТС.

1.2. Методы проектирования и оптимизации ХТС.

Выводы.

ГЛАВА II. МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ВХОДА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И СИСТЕМ ПО УСЛОВИЯМ УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ.

2.1. Определение состояния входа и проектирование технологических аппаратов по условиям удовлетворительного функционирования.

2.1.1. Постановка задачи.

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. Функциональное уравнение аналитического проектирования.

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.

ГЛАВА III. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ВХОДА МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ РАЗДЕЛЕНИЯ ЖИДКИХ СМЕСЕЙ.

3.1. Уравнения материального баланса ректификационной установки.

3.2. Уравнения теплового баланса ректификационной установки

3.3. Уравнения гидравлического расчета ректификационной установки.

3.4. Определение эффективности процесса разделения на контакных устройствах колонны.

3.5. Математическое моделирование процесса разделения хлорметил-изобутиленовой фракции и результаты промышленного эксперимента.

3.5.1. Определение числа теоретических ступеней разделения.

3.5.2. Расчет эффективности разделения на колпачковых тарелках ректификационной колонны.

3.6. Проектирование массообменных аппаратов по условиям удовлетворительного функционирования.

Выводы.

ГЛАВА IV. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ВХОДА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ И НЕФТЕХИМИИ.

4.1. Моделирование процесса разделения хлорметил-изобутиленовой фракции в каскаде ректификационных колонн.

4.1.1. Постановка задачи, ее преобразование.

4.1.2. Алгоритм построения допустимой стратегии проектирования.

4.1.3. Результаты моделирования.

4.2. Моделирование технологического процесса 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 ШФЛУ.

4.3. Моделирование процесса получения эфиров.

4.3.1. Постановка задачи.

4.3.2. Математическая модель процесса. Экспериментальное исследование и сравнение результатов.

4.3.3. Алгоритм построения области изменения входных параметров установки.

4.3.4. Результаты моделирования установки.

Выводы.

Необходимость выпуска конкурентоспособной продукции химического и нефтехимического комплекса России при наличии развитой сырьевой базы требует повышения эффективности предприятий путем модернизации существующего оборудования и создания новых производственных мощностей. В этой связи особый интерес вызывает разработка методов проектирования процессов и аппаратов химической технологии. Наличие множества ресурсодобывающих компаний, а также установившиеся рыночные отношения приводят к проблеме выбора сырьевых источников и, как следствие, непостоянству параметров сырья перерабатывающих предприятий отрасли. Создание методов проектирования и расчета технологических аппаратов и систем, позволяющих учитывать возможное изменение параметров сырья либо определять пределы их изменения, является актуальной задачей, построение решения которой предлагается проводить путем математического моделирования.

Рассмотрению вопросов проектирования аппаратов и систем химической технологии посвящено множество работ, особое место среди которых занимают исследования ученых Кафарова В.В., Рамма В.М., Тимошенко A.B., Серафимова JI.A., Дьяконова С.Г., Елизарова В.И., Островского Г.М., Волина Ю.М. и др.

Функционирование технологических аппаратов и систем характеризуется множеством показателей, требований, задаваемых техническим заданием (ТЗ), условиями (ТУ) и регламентами. Эти требования обычно задаются в виде ограничений на показатели (критерии) функционирования и задача проектирования в данном случае является многокритериальной.

Добиться выполнения требований ТЗ (ТУ), сформированных в виде ограничений на критерии проектирования, можно выбором конструктивных, технологических параметров или исходных характеристик сырья на входе аппарата или системы. В результате решения такой задачи инженер выбирает одно или несколько вариантов, среди которых определяет лучший вариант, обеспечивающий удовлетворительное функционирование аппаратов или системы в определенной области изменения параметров сырья, поступающего на переработку.

В диссертации предлагаются методы предпроектной раработки технологических аппаратов и систем по условиям удовлетворительного функционирования (работоспособности), выраженных в форме требований к качеству получаемой продукции, капитальным и эксплуатационным затратам на процесс эксплуатации и др. Предложены алгоритмы поиска проектируемых параметров и построения области изменения характеристик сырья на входе системы. В основе алгоритмов заложена методология решения задач аналитического проектирования, разработанная Сиразетдиновым Т.К., Богомоловым А.И., Дегтяревым Г.Л.

Предлагаемые методы позволяют на стадии проектирования технологических аппаратов и систем установить области изменения параметров сырья, в пределах которой конструкция аппаратов не меняется и "инвариантна", а также исключить в пределах указанной области необходимость корректировки технологического режима и реконструкции аппарата в процессе эксплуатации.

Диссертация состоит из четырех глав.

В первой главе проводится анализ существующих подходов к проектированию аппаратов и процессов химической технологии.

Во второй главе сформулирована многокритериальная задача проектирования технологических аппаратов и систем. Разработана методология построения допустимой стратегии проектирования при различных типах ограничений на показатели функционирования системы. Предложены алгоритмы проектирования и построения области изменения характеристик сырья.

В третьей главе решена задача проектирования ректификационной установки разделения хлорметил-изобутиленовой фракции. Приведено математическое описание процесса. Определены конструктивные параметры и технологический режим установки. Построена область изменения состава и расхода исходной фракции на входе колонны, в пределах которой конструкция аппарата не меняется.

В четвертой главе рассмотрены задачи проектирования технологических систем. Предложена методика определения технологических параметров процесса, состоящего из каскада ректификационных колонн заданной конструкции. Выполнено проектирование установки разделения широкой фракции легких углеводородов и построена область изменения характеристик сырья на входе технологической схемы. Решена задача построения области изменения параметров сырья в технологической схеме с рециклом: реактор -ректификационная колонна.

В приложении к диссертации приведены: результаты проектирования ректификационной установки разделения хлорметил-изобутиленовой фракции; акт внедрения научно-исследовательской работы "Оптимизация технологического процесса на ЦГФУ-2 в связи с изменением состава ШФЛУ" на заводе ДБ и УВС, результаты которой получены на основе методов, изложенных в диссертации, а также расчет экономического эффекта от внедрения.

Основные результаты работы обсуждались на: Международных научных конференциях "Математические методы в технике и технологиях" (Казань, 2005; Воронеж, 2006; Ярославль, 2007; Саратов, 2008), VII Международной конференции по интенсификации нефтехимических процессов "Нефтехимия-2005" (Нижнекамск, 2005), Межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов "Актуальные проблемы образования, науки и производства" (Нижнекамск, 2006).

Выводы

1. На основе разработанного программного комплекса и методов проектирования, изложенных в главе II, выполнена предпроектная разработкиа процессов нефтехимии. Для каждого процесса формализована многокритериальная задача проектирования, дан алгоритм решения задачи и проведено экспериментальное исследование используемых математических моделей процесса.

2. Выполнено построение стратегии проектирования процесса разделения хлорметил-изобутиленовой фракции в каскаде ректификационных колонн по агрегированным показателям функционирования, характеризующих качество получаемого продукта и расход тепла на установку. В ректификационных колоннах определены расходы флегмы, обеспечивающие выполнение ограничений на показатели функционирования процесса. Установлены табличные и аналитические зависимости расходов флегмы в аппаратах от состояния входа процесса. Средняя погрешность аналитической зависимости для всех значений входных потоков не превышает 10.5 %.

3. Решена задача предпроектной разработки технологической установки разделения ШФЛУ по смешанным показателям функционирования. Проверена достоверность математической модели процесса путем сравнения результатов моделирования с данными промышленной эксплуатации установки. На основе анализа сырьевого потока выбрана технологическая схема процесса разделения ШФЛУ. Определены конструктивные параметры и технологический режим используемых в процессе аппаратов. Построена область изменения качественных и количественных параметров сырья каждого аппарата и всей технологической схемы, в пределах которой конструкция аппаратов и режимные параметры аппаратов остаются неизменными.

4. В результате выполнения научно-исследовательской работы "Оптимизация технологического процесса на ЦГФУ-2 в связи с изменением состава ШФЛУ" решена задача минимизации энергозатрат на процесс разделения ШФЛУ. Предложения по выбору оптимального технологического режима аппаратов установки внедрены в цехе №1417 завода ДБ и УВС в 2006 г. Экономический эффект, полученный за 6 месяцев 2006 г. от внедрения результатов научно-исследовательской работы, составил 11.078 млн. руб.

5. Построена область изменения входных параметров установки синтеза и выделения эфиров. Приведены уравнения кинетики процесса синтеза эфиров, материального и теплового балансов колонны с боковым отбором. Проверена достоверность математического описания. В результате моделирования установлено: при изменении расхода сырья от 3443.85 кг/ч до 3748.32 кг/ч процесс будет функционировать удовлетворительно.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Опыт промышленной эксплуатации технологических аппаратов и химико-технологических систем (ХТС) свидетельствует о необходимости корректировки технологического режима либо их реконструкции в результате отклонения характеристик сырья от проектного варианта. В этой связи актуальна задача определения области изменения характеристик сырья на стадии проектирования.

1. В диссертации сформулирована многокритериальная задача проектирования аппаратов и ХТС по условиям удовлетворительного функционирования (работоспособности) при переменных параметрах сырья. Условия удовлетворительного функционирования представлены в виде ограничений на качественные и количественные характеристики получаемых продуктов, параметры технологического режима и конструкции аппаратов, эксплуатационные и капитальные показатели и др.

2. Разработана технология предпроектной разработки технологических аппаратов по условиям удовлетворительного функционирования, которые записываются в виде ограничений (неравенств) на показатели, задаваемые требованиями технического задания и техническими условиями.

Математическая модель аппарата представляется в виде зависимости выходных параметров аппарата от характеристик сырья (входные параметры), проектируемых конструктивных и технологических параметров.

Разработан алгоритм выбора проектируемых параметров и построения области изменения характеристик сырья, в пределах которой вектор проектируемых параметров остается неизменным (инвариантен). В основе алгоритма поиска проектируемых параметров лежат алгоритмы решения минимаксной задачи и методов нелинейного программирования.

3. Предложенная технология применяется в задаче проектирования тарельчатых ректификационных аппаратов разделения многокомпонентных смесей. Получена замкнутая математическая модель ректификационной установки представленная уравнениями материального, теплового балансов, термодинамического равновесия, уравнениями массопереноса в барботажном слое на тарелках колонны и гидравлического расчета. Проектируемыми параметрами являются конструктивные и технологические параметры, а также область изменения входных характеристик сырья.

Выполнена предпроектная разработка ректификационной установки разделения хлорметил-изобутиленовой фракции. На основе промышленного эксперимента показана адекватность предложенной математической модели установки. В результате проектирования получены конструктивные характеристики (высота, диаметр колонны, число тарелок, тарелка ввода питания) и технологические параметры (температура и давление верха колонны, флегмовое число), область изменения параметров сырья, в пределах которой проектируемые параметры не изменяются.

4. Разработан метод проектирования технологических систем, состоящих из взаимосвязанных аппаратов по агрегированным, смешанным, терминальным показателям и систем замкнутых обратной связью.

4.1. При проектировании ХТС по агрегированным показателям, записанным в виде аддитивной функции показателей работы отдельных аппаратов, с наложенными ограничениями в форме неравенств, получено функциональное уравнение аналогичное уравнению Беллмана в теории динамического программирования дискретных процессов.

Разработан алгоритм построения допустимой стратегии проектирования, на основе которого для заданной технологической схемы каскада ректификационных установок определены расходы флегмы в виде зависимостей от характеристик поступающего на переработку сырья.

4.2. При проектировании ХТС, как правило, кроме ограничений на агрегированные показатели работы системы, накладываются ограничения на показатели работы отдельных аппаратов и задача в этом случае представляется как задача проектирования по смешанным показателям с ограничениями на них в виде неравенств. Разработан алгоритм построения допустимой стратегии в данной задаче.

Реализация алгоритма проведена в задаче предпроектной разработки технологического процесса разделения ШФЛУ на газофракционирующей установке из шести колонн. Определены конструктивные, технологические параметры и области изменения входных потоков колонн, в пределах которых проектируемые параметры остаются постоянными.

Математические модели проектируемых аппаратов и схемы адекватны в пределах погрешности промышленного эксперимента действующей установки.

4.3. При проектировании ХТС с рециклом по терминальным показателям установки: химический реактор - ректификационная колонна определяется область входных переменных внешнего потока и рецикла.

По разработанному алгоритму построена область изменения потоков компонентов химического реактора этерификации изоамиленов и пипериленов для действующей промышленной установки, обеспечивающей получение эфиров заданного количества в боковом отборе установки разделения реакционной смеси.

Достоверность математического описания процессов этерификации и ректификации подтверждается результатами промышленного эксперимента.

5. Разработанные методы и алгоритмы проектирования технологических аппаратов и систем реализованы в виде программного комплекса, основу которого составляют математические модели рассмотренных в работе процессов.

6. На основе предложенных математических моделей и алгоритмов проектирования проведена оптимизация действующей промышленной установки газофракционирования.

Внедрение оптимальных значений расходов флегмы в ректификационных установках привело к сокращению расходов тепла греющего пара на 11 %, что обеспечило экономический эффект от внедрения более 11 млн. руб. в течении 6 месяцев эксплуатации.

1. Некоторые стратегические приоритеты российского нефтегазового комплекса / М.И. Левинбук и др. // Нефтехимия. 2007. - Т. 47. - № 4. - С 252-268.

2. Проект стратегии развития химической и нефтехимической промышленности России на период до 2015 года. 12.12.2007. Электронный ресурс. — www.minprom.gov.ru.

3. Лаптев, А.Г. Проектирование и модернизация аппаратов разделения в нефте- и газопереработке / А.Г. Лаптев, Н.Г. Минеев, П.А. Мальковский. — Казань : "Печатный двор", 2002. 220 с.

4. Основы проектирования химических производств: учебник для вузов / В.И. Косинцев и др. ; под ред. А.И. Михайличенко. — М. : ИКЦ "Академкнига", 2005.-332 с.

5. Положение об исходных данных для проектирования / Министерство промышленности, науки и технологий Российской Федерации. Департамент промышленной и инновационной политики в химической промышленности. М., 2002.

6. Галеев, Э.Р. Математическое моделирование технологических аппаратов инвариантных в области изменения входных параметров / Э.Р. Галеев, В.В. Елизаров, В.И. Елизаров // Изв. вузов. Химия и хим. технология. — 2006. — Т. 49. Вып. 11.-С. 106-114.

7. Галеев, Э.Р. Математическое моделирование аппаратов технологической схемы при переменных параметрах сырья / Э.Р. Галеев, В.В. Елизаров, В.И. Елизаров // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2007. - Т. 50. — Вып. 10.-С. 98-105.

8. Сиразетдинов, Т.К. Аналитическое проектирование сложных систем. I / Т.К. Сиразетдинов, А.И. Богомолов // Изв. вузов. Авиационная техника. — 1978.-№2.-С. 83-91.

9. Сиразетдинов, Т.К. Аналитическое проектирование сложных систем. II / Т.К. Сиразетдинов, А.И. Богомолов // Изв. вузов. Авиационная техника. — 1978.-№3.-С. 85-91.

10. Сиразетдинов, Т.К. Методы решения многокритериальных задач синтеза технических систем / Т.К. Сиразетдинов. — М. : Машиностроение, 1988. — 160 с. : ил.

11. Масштабный переход в химической технологии: разработка промышленных аппаратов методом гидродинамического моделирования /

12. A.И. Розен и др.. М. : Химия, 1980. - 320 с.

13. Вертузаев, Е.Д. Опыт масштабного перехода при разработке промышленных массообменных аппаратов / Е.Д. Вертузаев // Химическая промышленность. 1990. - № 4. - С. 223-227.

14. Geary, N. Circulation and scale-up in bubble column / N. Geary, R. Rise // AIChE Journal. 1992. - № 1. - P. 76-82.

15. Лисицын, H.B. Химико-технологические системы: оптимизация и ресурсосбережение / H.B. Лисицын, В.К. Викторов, Н.В. Кузичкин. — СПб. : Менделеев, 2007. 312 с. : ил.

16. Кафаров, В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии /

17. B.В. Кафаров. Изд. 3-е, пер. и доп. - М. : Химия, 1976. - 464 с.

18. Павлечко, В.Н. Модели массообменных процессов в ректификационных аппаратах / В.Н. Павлечко. Мн. : БГТУ, 2005. - 236 с.

19. Благовещенская, М.М. Информационные технологии систем управления технологическими процессами / М.М. Благовещенская, Л.А. Злобин. М. : Высш. шк., 2005. — 768 с. : ил.

20. Дьяконов, С.Г. Теоретические основы и моделирование процессов разделения веществ / С.Г. Дьяконов, В.И. Елизаров, А.Г. Лаптев. Казань :1. КГУ, 1993.-438 с.

21. Решение инженерных задач химической технологии с помощью ЭВМ: методическое пособие / сост. С.Г. Дьяконов и др. ; Казан, хим. технол. ин-т. Казань, 1987. - 132 с.

22. Дьяконов, С.Г. Сопряженное физическое и математическое моделирование промышленных аппаратов / С.Г. Дьяконов, В.И. Елизаров, В.В. Кафаров // ДАН СССР. 1985. - Т. 282. - № 5. - С. 1195-1199.

23. Дьяконов, С.Г. Сопряженное физическое и математическое моделирование в задачах проектирования промышленных аппаратов / С.Г. Дьяконов, В.И. Елизаров, В.В. Кафаров // Журнал прикладной химии. — 1986. Т. 59. — №9.-С. 1927-1933.

24. Дьяконов, С.Г. Моделирование массотеплопереноса в промышленных аппаратах на основе исследования лабораторного макета / С.Г. Дьяконов, В.И. Елизаров, А.Г. Лаптев // ТОХТ. 1993. - Т. 27. - № 1. - С. 38-50.

25. Кафаров, В.В. Системный анализ процессов химической технологии / В.В. Кафаров, И.Н. Дорохов. М. : Наука, 1976. - 499 с.

26. Системный анализ и принятие решений. Математическое моделирование и оптимизация объектов химической технологии: учебное пособие / В.А. Холоднов и др.. СПб. : СПбГТИ (ТУ), 2007. - 340 с.

27. Елизаров, В.И. Предпроектная разработка аппаратов химической технологии на основе сопряженного физического и математического моделирования : дис. . докт. техн. наук / В.И. Елизаров. Казань, 1988. -566 с.

28. Абалонин, Б.Е. Основы химических производств / Б.Е. Абалонин, И.М. Кузнецова, Х.Э. Харлампиди ; под ред. Б.Е. Абалонина. М. : Химия,2001.-472 с. : ил.

29. Дубров, A.M. Многомерные статистические методы: учебник / A.M. Дубров, B.C. Мхитарян, Л.И. Трошин. М. : Финансы и статистика, 1998. -352 с. : ил.

30. Ахназарова, C.JI. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии: учеб. пособие для хим.-технол. спец. вузов / C.JI. Ахназарова, В.В. Кафаров. 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Высш. шк., 1985. - 327 с. : ил.

31. Бобков, С.П. Применение вероятностных подходов для моделирования технологических процессов / С.П. Бобков // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2005. - Т. 48. - Вып. 7. - С. 105-112.

32. Применение теории цепей Маркова к динамическому моделированию теплообменных аппаратов / В.П. Жуков и др. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2005. - Т. 48. - Вып. 4. - С. 87-89.

33. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / А.Г. Касаткин. М. : Химия, 1971.-784 с.

34. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии: учебник: в 2 кн. / В.Г. Айнштейн и др.. М. : Логос; Высшая школа, 2002. - 2 кн.

35. Кузнецова, И.М. Общая химическая технология: материальный баланс химико-технологического процесса: учеб. пособие для вузов / И.М. Кузнецова, Х.Э. Харлампиди, Н.Н. Батыршин. — М. : Университетская книга; Логос, 2006. 264 с. : ил.

36. Кафаров, В.В. Математическое моделирование основных процессов химических производств: учеб. пособие для вузов / В.В. Кафаров, М.Б. Глебов. М. : Высш. шк., 1991. - 400 с. : ил.

37. Поникаров, И.И. Машины и аппараты химических производств и нефтепереработки: учебник / И.И. Поникаров, М.Г. Гайнуллин. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Альфа-М, 2006. - 608 с. : ил.

38. Дытнерский, Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию / Ю.И. Дытнерский ; под ред.

39. Ю.И. Дытнерского. М. : Химия, 1983. - 272 с. : ил.

40. Рид, Р. Свойства газов и жидкостей: справочное пособие / Р. Рид, Дж. Праусниц, Т. Шервуд ; пер. с англ. ; под ред. Б.И. Соколова. 3-е изд., перераб. и доп. - JL: Химия, 1982. - 592 с. : ил. - Нью-Йорк, 1977.

41. Казанская, A.C. Расчеты химических равновесий. Сборник примеров и задач: учеб. пособие для вузов / A.C. Казанская, В.А. Скобло ; под ред. Г.М. Панченкова. М. : "Высш. школа", 1974. - 288 с. : ил.

42. Холланд, Ч.Д. Многокомпонентная ректификация / Ч.Д. Холланд; пер. с англ. Б.Ц. Генкиной ; под ред. В.М. Платонова. М. : Химия, 1969. - 352 с.

43. Багатуров, С.А. Основы теории и расчета перегонки и ректификации / С.А. Багатуров. Изд. 3-е, перераб. - М. : Химия, 1974. - 440 с.

44. Александров, И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. Методы расчета и основы конструирования / И.А. Александров. — 3-е изд., перераб. М. : Химия, 1978. - 280 с. : ил.

45. Расчеты основных процессов и аппаратов нефтепереработки: Справочник / Г.Г. Рабинович и др. ; под ред. E.H. Судакова. 3-е изд. перераб. и доп. -М. : Химия, 1979. - 568 с. : ил.

46. Анисимов, И.В. Математическое моделирование и оптимизация ректификационных установок / И.В. Анисимов, В.И. Бодров, В.Б. Покровский. М. : Химия, 1975. - 216 с. : ил.

47. Машины и аппараты химических производств: примеры и задачи: учебное пособие для студентов втузов / И.В. Доманский и др. ; под общ. ред. В.Н. Соколова. JL : Машиностроение, 1982. - 384 с. : ил.

48. Процессы и аппараты химической технологии : учеб. пособие для вузов / A.A. Захарова и др. ; под ред. A.A. Захаровой. — М. : Издательский центр "Академия", 2006. 528 с.

49. Бесков, B.C. Общая химическая технология: учебник для вузов / B.C. Бесков. М. : ИКЦ "Академкнига", 2005. - 452 с. : ил.

50. Математическое моделирование химико-технологических процессов: учебное пособие / Ас.М. Гумеров и др.. Казань : Изд-во Казан, гос. технол. ун-та, 2006. - 216 с.

51. Кутепов, A.M. Общая химическая технология: учеб. для вузов / A.M. Кутепов, Т.И. Бондарева, М.Г. Беренгартен. 3-е изд., перераб. - М. : ИКЦ "Академкнига", 2003. - 528 с.

52. Налетов, А.Ю. Эволюционный принцип синтеза химико-технологических систем на основе информационно-термодинамической концепции / А.Ю. Налетов // ТОХТ. 2001. - Т. 35. - № 1. - С. 61-66.

53. Холоднов, В.А. Системный анализ химико-технологических процессов и систем с помощью программного продукта MathCad. Сообщение 1 / В.А. Холоднов, JI.C. Кирьянова, E.H. Иванова // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2003. - Т. 46. - Вып. 4. - С. 66-69.

54. Холоднов, В.А. Системный анализ химико-технологических процессов и систем с помощью программного продукта MathCad. Сообщение 2 / В.А. Холоднов, JI.C. Кирьянова, E.H. Иванова // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2003. - Т. 46. - Вып. 4. - С. 70-75.

55. Островский, Г.М. Методы оптимизации сложных химико-технологических схем / Г.М. Островский, Ю.М. Волин. М. : Химия, 1970. - 328 с.

56. Островский, Г.М. Моделирование сложных химико-технологических схем / Г.М. Островский, Ю.М. Волин. М. : Химия, 1975. - 312 с.

57. Кафаров, В.В. Принципы математического моделирования химико-технологических систем / В.В. Кафаров, B.JI. Перов, В.П. Мешалкин / М.: Химия, 1974.-344 с.

58. Дуев, С.И. Влияние величины рецикла на динамическое поведение системы реактор — ректификационная колонна / С.И. Дуев, А.И. Бояринов // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2002. - Т. 45. — Вып. 4. - С. 112-115.

59. Дуев, С.И. Динамическое поведение рециркуляционной системы реакторидеального смешения ректификационная колонна / С.И. Дуев, А.И. Бояринов // Изв. вузов. Химия и хим. технология. - 2007. - Т. 50. - Вып. 2. -С. 89-93.

60. Кафаров, В.В. Математические основы автоматизированного проектирования химических производств: методология проектирования и теория разработки оптимальных технологических схем /В.В. Кафаров, В.П. Мешалкин, B.JI. Перов. -М. : Химия, 1979. 320 с. : ил.

61. Демидович, Б.П. Численные методы анализа: приближение функций, дифференциальные и интегральные уравнения / Б.П. Демидович, И.А. Марон, Э.З. Шувалова ; под ред. Б.П. Демидовича. — М. : Физматгиз, 1963. 400 с.

62. Мэтьюз, Д.Г. Численные методы. Использование MatLab / Д.Г. Мэтьюз, К.Д. Финк. 3-е изд. ; пер. с англ. - М. : Издательский дом "Вильяме", 2001.-720 с.: ил.

63. Гартман, Т.Н. Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов: учеб. пособие для вузов / Т.Н. Гартман, Д.В. Клушин. М.: ИКЦ "Академкнига", 2006. - 416 с. : ил.

64. Топологический анализ изоэнергетических многообразий процесса ректификации / О.Д. Паткина и др. // ТОХТ. 2000. - Т. 34. - № 1. - С. 4349.

65. Тимошенко, A.B. Стратегия синтеза множества схем необратимой ректификации зеотропных смесей / A.B. Тимошенко, JLA. Серафимов // ТОХТ. 2001. - Т. 35. - № 6. - С. 603-609.

66. Тимошенко, A.B. Тополого-графовые методы синтеза и анализа технологических схем ректификации / A.B. Тимошенко // ТОХТ. 2004. -Т. 38.-№4.-С. 390-399.

67. Общая химическая технология и основы промышленной экологии / В.И. Ксензенко и др.. 2-е изд., стер. - М. : КолосС, 2003. - 328 с. : ил.

68. Отходы и побочные продукты нефтехимических производств сырье для органического синтеза / С.С. Никулин и др.. - М. : Химия, 1989. - 240 с.

69. Серафимов, JI.A. Реакционно-массообменные процессы: проблемы иперспективы / JI.A. Серафимов, Ю.А. Писаренко, B.C. Тимофеев // ТОХТ. -1993.-Т. 27.-№ 1.-С.4.

70. Технология основного органического синтеза. Совмещенные процессы / JLA. Серафимов и др.. -М. : Химия, 1993.

71. Серафимов, JI.A. Реакционно-ректификационные процессы / JI.A. Серафимов, М.И. Балашов. JI. : Химия, 1991. - 186 с.

72. Кафаров, В.В. Гибкие автоматизированные производственные системы в химической промышленности: учебник для вузов / В.В. Кафаров, В.В. Макаров. М. : Химия, 1990. - 320 с. : ил.

73. Тимошенко, A.B. Топологические инварианты распределения изоэнергетических многообразий в концентрационных симплексах исходных составов питания / A.B. Тимошенко, Л.А.Серафимов // ТОХТ. —1999.-Т. 33.-№2.-С. 164-168.

74. Петлюк, Ф.Б. Синтез схем разделения многокомпонентных азеотропных смесей на основе теории ректификации. Синтез: определение оптимальных вариантов схемы разделения / Ф.Б. Петлюк, Р.Ю. Данилов // ТОХТ. —2000. Т. 34. - № 5. - С. 494-507.

75. Тимошенко, A.B. Синтез оптимальных схем ректификации, состоящих из колонн с различным числом секций / A.B. Тимошенко, О.Д. Паткина, Л.А. Серафимов // ТОХТ. 2001. - Т. 35. - № 5. - С. 485-491.

76. Иванова, Л.В. Синтез схем экстрактивной ректификации азеотропных смесей / Л.В. Иванова, A.B. Тимошенко, B.C. Тимофеев // ТОХТ. 2005. -Т. 39. -№ 1.-С. 19-26.

77. Тимошенко, A.B. Комплексы экстрактивной ректификации, включающие сложные колонны с частично связанными тепловыми и материальными потоками / A.B. Тимошенко, Е.А. Анохина, Л.В. Иванова // ТОХТ. — 2005, — Т. 39.-№5.-С. 491-498.

78. Тимошенко, A.B. Энергосберегающие технологии ректификации углеводородов / A.B. Тимошенко // Мир нефтепродуктов. 2005. - № 2. — С. 18-22.

79. Тимошенко, A.B. Синтез схем экстрактивной ректификации азеотропных смесей в комплексах колонн с частично связанными тепловыми и материальными потоками / A.B. Тимошенко, A.B. Моргунов, Е.А. Анохина // ТОХТ. 2007. - Т 41. - № 6. - С. 649-654.

80. Малыгин, E.H. Автоматизированный синтез систем биохимической очистки сточных вод / E.H. Малыгин, В.А. Немтинов, С.Я. Егоров // ТОХТ. 2002. -Т. 36.-№ 2.-С. 212-219.

81. Черноруцкий, И.Г. Методы оптимизации и принятия решений: учебное пособие / И.Г. Черноруцкий. СПб. : Изд-во "Лань", 2001.-384 с.

82. Бояринов, А.И. Методы оптимизации в химической технологии / А.И. Бояринов, В.В. Кафаров. Изд. 2-е. - М. : Химия, 1975. - 576 с. : ил.

83. Заславский, Ю.Л. Сборник задач по линейному программированию / Ю.Л. Заславский. М. : Наука, 1969. - 256 с. : ил.

84. Беллман, Р. Динамическое программирование / Р. Беллман ; пер. с англ. И.М. Андреевой и др. ; под ред. H.H. Воробьева. М.: Изд-во иностр. литры, 1960.-400 с.

85. Роберте, С. Динамическое программирование в процессах химической технологии и методы управления / С. Роберте ; пер. с англ. ; под ред. В.В. Кафарова. М. : Мир, 1965. - 480 с.

86. Арис, Р. Дискретное динамическое программирование: введение в оптимизацию многошаговых процессов / Р. Арис ; пер. с англ. Ю.П. Плотникова ; под ред. Б.Т. Полякова. М. : Мир, 1969. - 172 с.

87. Малыгин, E.H. Автоматизированный синтез системы очистки газовых выбросов для многоассортиментных малотоннажных химическихпроизводств / E.H. Малыгин, В.А. Немтинов, Ю.В. Немтинов // ТОХТ. -2003. Т. 37. - № 6. - С. 653-660.

88. Черноруцкий, И.Г. Методы оптимизации в теории управления: учебное пособие / И.Г. Черноруцкий. СПб. : Питер, 2004. - 256 с. : ил.

89. Волин, Ю.М. Три этапа компьютерного моделирования химико-технологических систем / Ю.М. Волин, Г.М. Островский // ТОХТ. 2006. — Т. 40.-№3.-С. 302-312.

90. Оценка гибкости химико-технологических систем / Г.М. Островский и др. // ТОХТ. 2007. - Т. 41. -№ 3. - С. 249-261.

91. Галеев, Э.Р. Аналитическое проектирование технологических процессов по условиям удовлетворительного функционирования / Э.Р. Галеев, В.В. Елизаров // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева. 2007. - № 3 (47). - С. 98104.

92. Елизаров, В.И. Многошаговый процесс решения основной задачи управления / В.И. Елизаров, Т.К. Сиразетдинов // Тезисы докладов IX

93. Всесоюзного совещания по проблемам управления. Ереван, 1983. С.77-78.

94. Елизаров, В.И. Решение задачи аналитического проектирования процессов без последействия / В.И. Елизаров, Т.К. Сиразетдинов // Тезисы докладов IV Всесоюзной конференции "Математические методы в химии". Ереван, 1982.-С. 131-132.

95. Галеев, Э.Р. Определение границ и величины риска при проектировании технологического процесса синтеза и выделения эфиров / Э.Р. Галеев, В.В. Елизаров // Проблемы человеческого риска. — 2007. № 2. - С. 83-91.

96. Coy, С. Гидродинамика многофазных систем / С. Coy. М. : Мир, 1963. -608 с.

97. Нигматуллин, Р.И. Динамика многофазных сред / Р.И. Нигматуллин. М. : Наука. Гл. ред. физ. мат. лит, 1987. - 464 с. 4.1.

98. Холпанов, Jl.П. Гидродинамика и теплообмен с поверхностью раздела / Л.П. Холпанов, В.Я. Шкадов. М. : Наука, 1990. - 455 с.

99. Дьяконов, С.Г. Модель массоотдачи в газовой фазе при разделении газожидкостных систем в насадочных колоннах / С.Г. Дьяконов, В.И. Елизаров, А.Г. Лаптев // Изв. вузов. Химия и хим. технология. — 1990. — Т. 33.- Вып. 4.-С. 108.

100. Теория турбулентных струй / Г.Н. Абрамович и др.. 2-е изд. ; под ред. Г.Н. Абрамовича. - М. : Наука, 1984. - 718 с.

101. Волошко, A.A. Длина вылета газовой струи в жидкости / A.A. Волошко, A.B. Вургафт, В.Н. Фролов // Тепло- и массообмен в химической технологии: Межвуз. сб. научн. тр. Казань, 1981.

102. Onda, K.Mass transfer in packed columns / K. Onda, E. Sada, M. Saito // Kodaku. — 1961. — V/25. — P. 820-829.

103. Таунсенд, A.A. Структура турбулентного потока с поперечным сдвигом /

104. A.A. Таунсенд. М. : Наука, 1959. - 400 с.

105. Кинетика реакций метанола с 2-метилбутеном-1 и 2-метилбутеном-2 в присутствии сульфокислотного катализатора / П.П. Капустин и др. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2000. - Т. 43. - Вып. 2. - С. 21-28.

106. Кузьмин, В.З. Исследование и разработка процессов получения метилалкиловых и метилалкениловых эфиров : дис. . канд. техн. наук /

107. B.З. Кузьмин. — Казань, 2002.