Введение к работе
Актуальность работы. В технологии основного органического синтеза ректификация является основным процессом разделения жидких смесей. Реальный путь повышения эффективности ректификационных установок -улучшение качества и надёжности проектных решений, позволяющее получить оптимальные структурные и параметрические характеристики технологической схемы ректификации, что вносит значительный вклад в решение задачи создания малоотходных и энергосберегающих производств.
Этому способствуют исследования теоретических основ процесса, которые наиболее эффективно проводятся в рамках термодннамико-топологичсского анализа. Он является основной частью предпроектной разработки ректификационных установок.
Исследование стационарных многообразий динамических систем ректификации является одним из этапов термодннамико-топологнческого анализа. Актуальность таких исследований определяется тем, что стационарные многообразия ограничивают пучки рабочих траекторий при изменении параметра во всём диапазоне и, следовательно, определяют возможности стыковки траекторий сопряжённых динамических систем.
По-видимому, результаты подобных исследований будут особенно полезны при определении граничных значений таких режимных параметров ректификации как флегмовое число, расход экстрагентя в экстрактивной ректификации и т. п.
В России исследования эволюции стационарных состояний динамических систем ректификации были начаты в 70-х годах (Л.А.Серафимов, 1973г., В.А.Мнтропольская, 1977г. и др.); в последние годы интерес к этой области был проявлен и за рубежом (М.Дохсртн, 1997г.).
Цель работы. Систематическое исследование эволюции стационарных состояний динамической системы непрерывной ректификации при изменении
- 4 -всех параметров правых частей системы, для различных секции колонны г бинарных и трёхкомпонентиых смесях, уделив особое внимание:
исследованию Sm-лпний ( Xp=const, m=var) в азеотропних системах ( различным видом дистилляционных диаграмм;
исследованию совокупностей Sm-линнй (X|p=const; Xjp=var; m=var) і азеотропных системах;
проверке критериальной сущности бистацнонарной точки і нсидсальных системах, в том числе со сложной гладкой структурой;
исследованию хода Sp-лнний (X;p=const; Xjp=var; m=const) в троимы: азеотропных системах.
Методы исследования. В работе использованы методы математическое1 моделирования на базе качественной теории обыкновенных дифференциальны уравнений и современных компьютерных технологий.
Научная новизна. На основе систематического исследования зволюцш стационарных состояний динамических систем ректификации бинарных і тронных смесей получены следующие новые результаты:
предложена классификация линий стационарности на "рабочие" "нерабочие", "однородные" и "неоднородные";
показано, что возникновение нерабочих ветвей стационарных лини связано с наличием нескольких областей дистилляции, а поивленн седло-узлов на рабочих ветвях определяется сложной гладко структурой дистнлляцпонмой диаграммы;
предложен алгоритм локализации седло-узлов, основанный і равенстве одного из собственных значений матрицы [9у;/3х;] параметр ш в этой точке;
двумя методами доказана устойчивость сложных стацнонарнь состояний (по Н.Н.Баутину) для седло-узлов, принадлежат! граничному пространству симплекса; показано, что седло-узлі принадлежащие внутреннему пространству симплекса в указанно смысле неустойчивы;
показано, что наличие бистационарной точки п сопряженных динамических системах является критерием реализуемости заданного разделения и в неидеальных азеотропмых смесях, в том числе со сложной гладкой структурой;
показано, что Sm-линия, рассматриваемая как множество составов питаний { Хр), представляет собой квазибинарное подпространство п тройном симплексе.
Практическая значимость работы. Хотя данная работа выполнена в области теоретических основ химической технологии, многие результаты могут найти практическое использование при нредпроектной разработке технологических схем ректификации:
проверка реализуемости заданного разделения при проектной постановке задачи в тройных системах;
определение минимального флегмового числа и механизма стыковки для любого состава питания, принадлежащего линии заданного разделения;
определение множеств составов питаний, из которых может быть получен данный продукт и множеств составов продуктов (при нечётких разделениях), получаемых из данной исходной смеси;
определение граничного значения флегмового числа, при котором качественно меняется ход траекторий данной секции, если продукт принадлежит области между сепаратрисами по жидкости и по пару;
определение минимального расхода экстрагента при экстрактивной ректификации (тоже как граничного значення параметра шэ, при котором качественно меняется ход траекторий ректификации в экстрактивной секции колонны).
Методика исследования и программное обеспечение используется в практических занятиях по курсу "Компьютерные технологии научных исследований и проектирования химико-технологических процессов".
Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 работы.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доклалывалнс на XI Международной конференции "Математические методы в химии технологиях" (Владимир, 1998г.), на XII Международной научной конференції "Математические методы в технике и технологиях" (Великий Новгород, 1999г.) на VI Международной конференции "Наукоёмкие химические технологии (Москва, 1999г.).
Структура и обьём работы. Диссертационная работа состоит из введенії: восьми глав, основных результатов и выводов, списка использовании литературы и приложения.
Работа изложена на страницах машинописного текста и и ключ.її
рисунков, О таблиц, список литературы из наименовании
приложение на (О страницах.