Введение к работе
Актуальность работы. Ректификация многокомпонентных смесей органических продуктов является одним из самых энергоемких процессов в химической и нефтехимической промышленности. Его эффективность зачастую определяет экономику производства в целом. Повышение эффективности подсистемы разделения и, соответственно, снижение ее энергопотребления - сложная многофакторная задача, для решения которой должен использоваться комплексный подход, в том числе, приближение реального процесса к гипотетическому, термодинамически обратимому. На практике это достигается путем организации процесса в комплексах с частично или полностью связанными тепловыми и материальными потоками. Это актуально как для простых зеотропных, так и сложных азеотропных многокомпонентных смесей органических продуктов, наиболее часто разделяемых экстрактивной ректификацией (ЭР). В работе проведен анализ эффективности применения различных классов схем экстрактивной ректификации в зависимости от составов исходного питания.
Цель работы. Определение локальных и нелокальных закономерностей распределения концентрационных областей оптимальности технологических схем экстрактивной ректификации (ТСЭР) в симплексе исходных составов питания.
Определение ТСЭР, обладающих минимальным энергопотреблением, в том числе в отдельных классах эквивалентности и при изменении исходных составов питания.
Оценка эффективности использования комплексов с частично и полностью связанными тепловыми и материальными потоками как элементов ТСЭР многокомпонентных смесей.
Методы исследования. В работе использованы теория графов, топологический анализ, математическое моделирование схем ректификации и расчетный эксперимент.
Научная новизна. Для разделения азеотропных смесей методом ЭР показано существование концентрационных подмножеств в симплексе исходных составов питания, в каждом из которых оптимальна своя технологическая схема.
Получены зависимости энергозатрат на разделение от состава исходного питания.
Определено расположение изокритериальных многообразий для множества работоспособныхсхем ЭР трех трехкомпонентныхсмесей.
Выявлены топологические инварианты расположения областей энергетической оптимальности в симплексе исходных составов питания при ЭР трехкомпонентных азеотропныхсмесей.
Подтверждена преемственность в эффективности схем экстрактивной ректификации трехкомпонентных смесей при переходе от схем -прообразов из двухотборныхколонн к схемам - образам из сложных колонн с боковыми секциями.
Практическая значимость. Для ряда трехкомпонентных смесей (в т.ч. промышленной) разработаны технологические схемы экстрактивной ректификации, включающие комплексы с частично связанными тепловыми и материальными потоками, которые обеспечивают снижение энергозатрат на разделение: для смеси метанол - н-пропилацетат - толуол до 14%; ацетон - хлороформ - н-бутанол до 22,3%; бензол - н-бутанол - этилбензол до 36,6% по сравнению с традиционными вариантами.
Апробация работы. Отдельные разделы диссертации докладывались на: 35-ой международной конференции Словацкого общества инженеров-химиков, Словакия, 2008 г.; XII Международной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии -2008», Волгоград, 2008 г.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах и изданиях, рекомендованных ВАК, а также тезисы 2 докладов на междуна-родныхнаучных конференциях.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов, библиографического списка и 3 приложений, напечатанных отдельным томом. Диссертация изложена на 205 страницах машинописного текста, содержит 52 таблицы, 119 рисунков и библиографию из 91 наименований.