Введение к работе
Актуальность работы. В связи с развитием малотоннажных химических производств и необходимостью регенерации органических растворителей в производствах различного профиля интерес к периодическим процессам ректификации за последнее десятилетие существенно возрос, причем в дальнейшем, следует ожидать еще более широкого' их применения.
Для эффективного использования того или иного варианта периодической ректификации необходимо ясное представление о закономерностях процесса, изучение которых развивается в следующих взаимосвязанных подходах: а) натурный эксперимент; б) эксперимент в рамках математической модели с привлечением вычислительной техники; в) аналитические (качественные) исследования, которые необходимо предшествуют вычислительному (натурному) эксперименту и дают возможность наиболее полно понять особенности процесса и его структуру в целом.
Настоящая работа посвящена анализу качественных особенностей процессов периодической ректификации с использованием строгих математических методов.
Настоящая работа выполнена в рамках исследований, проводимых в лаборатории физической химии процессов разделения смесей НИФХИ им.Л.Я.Карпова в соответствии с постановлением ГКНТ от 05.03.88 № 62/51 о приоритетных направлениях развития науки, приложение Я 3, "Создание энергосберегающих процессов на основе рациональных химико-технологических схем, оптимизация теплооб-менного оборудования и эффективность технологий разделения смесей".
Цель работы: в рамках общих математических определений изучить особенности различных вариантов периодической ректификации и выявить возможность их (особенностей) возникновения в зависимости от свойств парожидкостного равновесия и органи-, зации процесса.
На-учная новизна. В рамках общей модели парожидкостного равновесия доказана топологическая эквивалентность систем уравнений, описывающих процессы дистилляции и периодической ректификации, а также установлены причины, непозволяющие этим процессам отличаться друг от друга.
Изучены закономерности динамики безотборного режима и доказаны единственность стационарного состояния и его асимптотическая устойчивость.
Выполнен полный анализ модели периодической ректификации в бесконечной колонне со средним резервуаром для смесей с постоянными относительными летучестями. При этом указаны границы применимости модели и представлена классификация состояний системы во всем диапазоне параметров. Решены задачи о возможных стратегиях изменения параметров в ходе процесса, обеспечивающих минимальные энергозатраты при сохранении заданного качества продуктов в секциях.
Практическая значимость работы. Доказательства необходимых утверждений для безотборного режима дают существенную свободу в выборе искусственных средств для реализации алгоритмов поиска стационарных состояний.
Анализ периодической ректификации в колонне со средним резервуаром позволяет существенно сократить время численного счета правильно выбирать параметры режима и гибко использовать возможности устройства при решении конкретных задач.
Пакет прикладных программ для расчета различных вариантов периодической ректификации использован в технологических раз-
заботках НИФХИ им.Л.Я.Карпова и передан лаборатории промышлен-юй экологии Алтайского политехнического института им.И.И.Пол-$унова.
Разработаны и выданы ГипроНИИмедпрому исходные данные на проектирование установок регенерации для следующих производств:
производство цефалоспорина на Пензенском комбинате мед-препаратов "Биосинтез";
производство цефалотина на Курганском комбинате мед-препаратов "Синтез";
блочно-модульное производство психотропных препаратов;
- блочно-модульное производство сульфаниламидных препаратов.
По первым двум производствам на основании наших данных вы
дана проектная документация и начато сооружение цехов.
Автор защищает: Результаты исследований качественных закономерностей процессов периодической, ретроградной ректификации и безотборного режима, выполненные в рамках математической модели для секций конечной длины и разделяемых смесей произвольной структуры:
доказательство в строгих математических терминах эквивалентности процессов дистилляции и периодической (ретроградной) ректификации;
доказательство единственности стационарного состояния (при условии сохранения материального баланса) и его асиыптоти-їєской устойчивости в безотборном режиме периодической ректификации;
установление связи между процессами периодической (рет-юградной) ректификации и безотборным режимом.
Результаты исследований математической модели процесса пе-
эиодической ректификации в колонне со средним резервуаром для
:екций бесконечной длины и разделяемых смесей с постоянными от-
юсительными летучестями:
представление классификации состояний системы и. описание ее топологии при всех возможных значениях параметров ратага;
установление границ (в области параметров) применимости модели;
решение задач о возможных стратегиях изменения параметров в ходе процесса, обеспечивающих минимальные энергозатраты при сохранении заданного качества продуктов в секциях. .
Ампюбашя работы. Основные результаты работы были представлены на Ш Всесоюзной конференции молодых ученых по физической химии (Москва, 1986, диплом П степени), на ежегодных смотрах-конкурсах научно-исследовательских работ НИФХИ им.Л.Я.Карпова (1986-1987, 1990), на У, УІ Всесоюзных конференциях "Математические методы в химии" (1985, 1989), на Ш Всесоюзной конференции "Динамика процессов и аппаратов химической технологии" (Воронеж, 1990).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных'работ.
Объем работы.Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и приложений. Работа изложена на 162 стр.машинописного текста, содержит 2 таблицы и 32 рисунка. Библиография включает 129 наименований.