ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Моделирование стационарных режимов работы сложных ректификационных колонн из "Модернизация установок переработки углеводородных смесей" Задача расчета разделения многокомпонентных смесей ректификацией характеризуется высокой размерностью и чрезвычайным разнообразием вариантов постановки задачи. Исторически сложилась ситуация, что в рамках общей теории процессов и аппаратов химической технологии именно эта задача использовалась для разработки базовых алгоритмов и профамм решения задач большой размерности на электронно-вычислительных машинах (ЭВМ) [1-3]. Поэтому данная теория получила значительное развитие, причем основное значение приобрели методики и алгоритмы удобные для постановки на ЭВМ. [c.5] Расчет ректификации, как уже отмечалось, связан с решением систем нелинейных алгебраических уравнений высокой размерности. При этом составы проду1Сгов разделения не могут быть заданы заранее с абсолютной точностью определены лишь основные требования к этим продуктам, которые, как правило, задаются в виде односторонних или двухсторонних неравенств. [c.6] Основную сложность представляет обеспечение сходимости итерационного цикла. К настоящему времени разработано большое количество методов расчета ректификации и их модификаций [1,4], различающихся подходами к организации итерационного цикла. Все эти методы различаются в отношении быстродействия, достигаемой точнЦщ-и результатов, объема занимаемой оперативной памяти ЭВМ и так далее. На первом этапе развития теории расчетов раделения разрабатывались упрощенные, аналитические методики расчета, основанные на анализе предельных гипотетических режимов разделения расчете режимов полного (Л = оо) и минимального (/ = / , ) орошений по уравнениям Фенске - Андервуда (Л = оо), по уравнению Андервуда (Д = ) и последующем переходе к режиму рабочего орошения с помощью корреляционного графика (уравнения) Джиллиленда [1,5 - 8]. Все эти модели используют достаточно серьезные допущения и по сегодняшним представлениям мало пригодны для реального проектирования, хотя и могут быть применены для предварительной оценки вариантов разделения, для получения начального приближения при использовании более строгих моделей и так далее. [c.6] К настоящему времени разработано достаточно большое количество модификаций матричного метода расчета ректификации [3,9,10]. Эти методы позволяют сразу находить решение полной системы алгебраических уравнений, описывающих процесс разделения, и поэтому являются предпочтительными с точки зрения быстродействия моделей. Однако решение систем уравнений высокой размерности имеет свои особенности и недостатки, прежде всего связанные с возможной потерей точности вычислений. [c.7] Наибольшее распространение на сегодняшний день нашли приемы расчета от тарелки к тарелке . Большинство из этих методик ориентированы на расчет разделения в проектной постановке задано распределение тарелок по секциям колонны, закреплены уровни ввода материальных и тепловых потоков и их характеристики, доли отбора материальных потоков (флегмовые и паровые числа). В качестве независимых переменных, определяемых в результате расчета, принимаются или профили концентраций, или профилй температур по высоте колонны [3,10,11]. Решение задачи достигается итерационным путем за счет последовательной корректировки этих профилей. Особое значение при использовании этих методов приобретает быстродействие и надежность конкретных методов сходимости, заложенных в расчет. Проектная задача решается методом перебора конкурирующих вариантов решения. [c.7] Как видим, при расчете процесса разделения на каждой ступени контакта используются характеристики входных потоков, полученные при расчете предыдущих ступеней. Последовательно проводя расчеты снизу вверх и сверху вниз и корреюгируя характеристики потоков (расходы, температуры, составы) при каждом прохождении, получаем профили этих характеристик, которые стремятся (релаксируют) к некоторому пределу, который и является рещением задачи. Сходимость итерационного цикла определяется тем, что во всех итерациях характеристики внешних входных потоков (материальных и тепловых) закреплены. Модификации метода релаксации разрабатываются как в РФ [14 - 18], так и за рубежом [12,19]. Условия выполнения материальных и тепловых балансов на всех ступенях контакта обеспечивает и выполнение балансов по аппарату в целом. [c.9] Следует отметить, что рассмотренная модель описывает не только процесс ректификации, но и абсорбцию, а также совмещенные процессы (например, абсорбционио - отпарные колонны). Особенности того или иного процесса будут проявляться только в процедуре расчета фазового равновесия -уравнение (1.7). Метод широко использовался при моделировании самых разнообразных процессов химической технологии при моделировании работы сложных колонн [14], нефтестабилизационных колонн [20], абсорбционно -отпарных колонн [17]. Более того метод легко модифицируется для расчета разделения неидеальных систем [21], для расчета разделения систем с двумя расслаивающимися жидкими фазами [22] и даже для моделирования динамических (нестационарных) режимов работы колонного оборудования [23]. [c.9] По сегодняшним представлениям [4], для обеспечения возможности проектирования и исследования разнообразных ректификационных процессов необходимо использовать пакеты прикладных программ, характеризующихся и отличающихся друг от друга рядом признаков степенью сложности и точности модели (термодинамическая, кинетическая) видом постановки задачи (проектная, поверочная) типом разделяемых смесей (зеотропные, азеотропные, полиазеотропные) типом колонного оборудования и так далее. Более того, в современных исследовательских и проектных задачах уже достаточно широко используются моделирующие комплексы, предназначенные для моделирования набора взаимосвязанных аппаратов, то есть технологических установок и схем. [c.10] Вернуться к основной статье