Разработка энергосберегающих схем ректификации, содержащих сложные колонны
Диссертация
Работа выполнялась в соответствии с Координационными планами АН СССР и РАН по направлению «Теоретические основы химической технологии» на 1995 — 2000 гг., в рамках МНТП «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», подпрограмма: 203 «Химия и химические продукты», разделы: 203.01- 203.02. Выявлена взаимосвязь между уровнем энергозатрат на разделение для… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
- 1. 1. Синтез множества TCP, состоящих из простых двухсекционных колонн
- 1. 2. Синтез множества TCP, содержащих сложные колонны
- 1. 3. Методы синтеза оптимальной технологической схемы разделения
- 1. 3. 1. Эвристический метод
- 1. 3. 2. Эволюционный метод
- 1. 3. 3. Метод динамического программирования
- 1. 3. 4. Интегральный метод
- 1. 3. 5. Метод «ветвей и границ»
- 1. 4. Сопоставительный анализ схем ректификационного разделения зеотропных смесей, содержащих сложные колонны
- 1. 5. Общие замечания
- 1. 6. Постановка задачи
- ГЛАВА 2. МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
- 2. 1. Программное обеспечение
- 2. 1. 1. Общие особенности программного комплекса
- 2. 1. 2. Расчет ректификации
- 2. 2. Выбор модели ПЖР
- 2. 2. 1. Описание моделей парожидкостного взаимодействия
- 2. 2. 1. 1. Модель NRTL
- 2. 2. 1. 2. Модель Вильсона
- 2. 2. 1. 3. Модель UNIFA С
- 2. 2. 1. 4. Модель UNIFAC-T
- 2. 2. 1. 5. Модель IDEAL
- 2. 2. 1. 6. Модель Uniwaals
- 2. 2. 2. Оценка адекватности описания ПЖР
- 2. 2. 1. Описание моделей парожидкостного взаимодействия
- 2. 3. Материальный баланс установки
- 2. 4. Синтез вариантов разделения
- 2. 5. Оптимизация технологических схем ректификации
- 2. 5. 1. Критерии оптимизации
- 2. 5. 1. Иерархия оптимизации
- 2. 1. Программное обеспечение
- 3. 1. Ректификация трехкомпонентных смесей в сложных колоннах
- 3. 1. 1. Анализ траекторий ректификации для различных схем разделения
- 3. 1. 2. Анализ эффективности применения колонн с боковым отбором
- 3. 1. 3. Анализ эффективности применения колонн с боковой секцией
- 3. 2. Разработка энергосберегающих схем разделения на основе отображения одного множества TCP на другое
- 3. 2. 1. Синтез TCP с использованием методики трансформации графов структур
- 3. 2. 2. Разработка энергосберегающих схем разделения смесей предельных углеводородов в сложных колоннах с боковыми секциями
- 3. 2. 3. Разработка энергосберегающих схем разделения смеси СЖК в последовательностях простых двухсекционных колонн
- 3. 2. 4. Разработка энергосберегающих схем разделения смеси СЖК в смешанных последовательностях, содержащих сложную колонну с боковым отбором
- 3. 2. 5. Применение метода синтеза ОТСР на основании принципа преемственности
Список литературы
- Львов С.В. Некоторые вопросы ректификации бинарных и многокомпонентных смесей. // М.: Изд. АН СССР. 1960, с. 125.
- Серафимов JI.A., Мозжухин А. С., Науменкова Л. Б. Определение числа вариантов технологических схем ректификации я-компо-нентных смесей. // ТОХТ. 1993, т.27, № 3, с.292−299.
- Тимошенко А.В., Серафимов Л. А. Графометрический анализ однородных технологических схем. // Российский химический журнал. 1998, т.42, с.67−75.
- Тимошенко А.В., Серафимов Л. А. Графометрия как метод системного анализа поливариантности организации технологических схем ректификационного разделения. // ТОХТ. 1997, т.31, № 5, с.527−533.
- Серафимов Л.А., Тимошенко А. В. Графометрия технологических схем ректификационного разделения многокомпонентных зео-тропных смесей (Часть II): Учебное пособие. М.: ООО Полинор-М, 1996.-47с.
- Domenech S., Pibouleau L., Floquet P., Denombrement de cascades de colonnes de rectification complexes. // The Chemical Engineering Journal. 1991, v.45, p. 149−164.
- Sargent R.W.H, Gaminibandara K. Optimum Design of Plate Distillation Columns. // Optimization in Action- Dixon, L.W.C., Ed.- Academic Press: London. 1976, p.267−273.
- Agrawal R. Synthesis of Distillation Column Configurations for a Multicomponent Separtion. // Ind.Eng.Chem.Res. 1996, v.35, p.1059−1071.
- Agrawal R. A Method to Draw Fully Thermally Coupled Distillation Column Configuration for Multicomponent Distillation. // Chem. Eng. Res. and Des. 2000, v.78, №A3, p.454−464.
- Петлюк Ф.Б., Платонов B.M., Славинский Д. М. Термодинамически оптимальный способ разделения многокомпонентных смесей. // Химическая промышленность. 1965, № 3, с.206−211.
- И.Тимошенко А. В., Паткина О. Д., Серафимов Л. А. Синтез оптимальных схем ректификации, состоящих из колонн с различным числом секций. // ТОХТ. 2001, т.35, № 5, с.485−491.
- Тимошенко А.В., Серафимов Л. А. Стратегия синтеза множества схем необратимой ректификации зеотропных смесей. // ТОХТ. 2001, т.35, № 6, с.603−609.
- King C.I. Separation Processes. // McGrow-Hill, New York 1971, 740p.
- Heaven D.L. Optimum Sequencing of Distillation Columns in Multicomponent Fractionations. // M.S. Thesis, Univ. of Calif., Berkeley. 1969.
- Nishimura H., Hiraizumi Y. Optimal System Pattern for Multicomponent Distillation System. // Int. Chem. Eng. 1971, v. 11, p. 188−193.
- Masso A.H., Rudd D.F. The Synthesis of System Designs II. Heuristic Structuring. // AIChE J. 1969, v. 15, № 1, p. 10−15.
- Siirola J.J., Rudd D.F. Computer-Aided Synthesis of Chemical Process Designs. // Ind. Eng. Chem. Fundamentals. 1971, v. 10, p.353−362.
- Freshwater D.C., Henry B.D. The Optimal Configuration of Multicomponent Distillation Trains. // Chem. Eng. 1975, 301, p.533−536.
- Harbert W.D. Which Tower Goes Where? // Petrol. Ref. 1957, v.36, № 3, p. 169−174.
- Тимошенко A.B., Серафимов JI.A. Правило дихотомии и выбор оптимальных схем ректификации зеотропных смесей. // ТОХТ. 1997, т.31, № 6, с.618−621.
- Powers C.I. Recognizing Patterns in the Synthesis of Chemical Processing System. // Ph.D. thesis, Univ. Wise. Madison, 1971.
- Powers G.I. Heuristic Synthesis in Process Development. // Chem. Eng. Prog. 1972, v.68, № 8, p.88−95.
- Hacker L., Hartmann K. Wissenschaftliche Zeitschrift TH. // Leuna-Merseburg. 1983, Bd 25, S.253−269.
- Майков В.П., Вилков Г. Г., Гальцов A.B. Термоэкономическое оптимальное проектирование многоколонных ректификационных установок. // Хим. и технол. топлив и масел. 1971, № 6, с. 19−26.
- Майков В.П. Системно-структурное исследование оптимальных тепло и массообменных аппаратов и установок: Автореф. дисс.. доктора техн. наук. // М.: МИХМ. 1972, 32с.
- Петлюк Ф. Б., Исаев Б. А. Расчетное исследование различных схем установок газофракционирования. // Нефтепереработка и нефтехимия. 1978, № 1, с.22−25.
- Хартманн К. Синтез оптимальных химико-технологических систем. // ЖПХ. 1986, № 9, с. 1920 — 1926.
- King C. J, Gantz D.W., Barner F.J. Systematic Evolutionary Process Synthesis. // Ind. and Eng. Process Des. and Develop. 1972, v. ll, № 2, p.271−283.
- Stephanopoulus G., Westerberg A.W. Studies of Process Synthesis. // Chem. Engng. Sci. 1976, v.31, № 3, p. 195−204.
- Seader Y.D., Westerberg A.W. Combined Heuristic and Evolutionary Strategy for Synthesis of Simple Separation Sequences. // AIChE J. 1977, v.23, № 6, p.951−954.
- Machalec V., Motard R, Bauman E. Evolutionary search for optimal process flowsheet. // Сотр. and Chem. Eng. 1978, v. l, № 2, p. 149−160.
- Muraki M., Hayakawa Т. Separation Process Synthesis for Multicompo-nent Products. // J. chem. Eng. Jap. 1984, v. 17, p. 533−538.
- Muraki M., Hayakawa T. Evolutionary Synthesis of a Multiproduct Separation Process. // Chem. Eng. Sci. 1986, v.41, № 7, p. 1843−1850.
- Nath R., Motard R.L. Evolutionary Synthesis of Separation Processes. // AIChE J. 1981, v.27, № 4, p.578−587.
- Беллман P. Динамическое программирование. M.: Изд-во иностр. лит., 1960.-400с.
- Кафаров В.В., Мешалкин В. П., Перов B.JL Математические основы автоматизированного проектирования химических производств. М.: Химия, 1979.-320с.
- Rathore R.N.S., VanWormer К.А., Powers G.I. Synthesis Distillation Systems with Energy Integration. // AIChE J.- 1974, v.20, № 5, p.940−950.
- Rathore R.N.S., VanWormer K.A., Powers G.I. Synthesis Strategies for Multicomponent Separation Systems with Energy Integration. // AIChE J. -1974, v.20, № 3,p.491−502.
- Косунов A.O. Синтез систем ректификации многокомпонентных смесей: Автореф. дисс.. канд. техн. наук. //М.: МХТИ. 1976, 17с.
- Кафаров В.В., Петлюк Ф. Б., Гройсман С. А., Телков Ю. К., Белов М. В. Синтез оптимальных схем ректификации многокомпонентных смесей методом динамического программирования. // ТОХТ. 1975, т.9, № 2, с.262−269.
- Кафаров В.В., Бояринов А. И., Новиков А. И., Косунов А. О. Стратегия синтеза сложных схем ректификации многокомпонентных смесей. Автоматизация химических производств. // НИИТЭХИМ. 1975, вып.6, с.361.
- Кафаров В.В., Бояринов А. И., Ветохин В. Н., Новиков А. И., Щипин Ю. К., Гартман Т. Н. Системный анализ процессов разделения. // Доклады I Всесоюзной конференции по математическому моделированию сложных химико-технологических систем. Ереван, 1975, с.99−105.
- Косунов А.О., Кафаров В. В., Бояринов А. И., Новиков А. И. Синтез сложных схем разделения многокомпонентных смесей. // Труды МХТИ. -1975, вып.88, с.33−41.
- Гройсман С.А. Анализ и синтез технологических схем разделения смесей углеводородов в промышленности основного органического синтеза: Автореф. дис.. канд. техн. наук. // М.: МИТХТ. 1977, 24с.
- Umeda Т., Hirai A., Ishikawa A. Synthesis of Optimal Processing Systems by an Integrated Approach. // Chem. Eng. Sci. 1972, v.27, № 4, p.795−804.
- Andrecowich M.J., Westerberg A.W. An MILP formulation for heat-integrated distillation sequence synthesis. // AIChE J. 1985, v.32, p. 1461−1474.
- Floudas C.A., Aggarwal A., Ciric A.R. Global optimum search for non convex NLP and MINLP problems. // Сотр. Chem. Eng. 1989, v. 13, p.1117−1121.
- Sahinidis N.V., Grossman I.E. Convergence Properties of Generalized Benders Decomposition. // Сотр. Chem. Eng. 1991, v. 15, p.481.
- Westerberg A.W., Stephanopoulos G. Studies in Process Synthesis I. Branch and Bound Strategy with list Techniques for the Synthesis of Separation Schemes. // Chem. Eng. Sci. 1975, v.30, p.963−977.
- Островский Г. М., Бережинский T.A. Об одном подходе к решению задач синтеза химико-технологических систем. // ТОХТ. 1993, т.27, № 6, с.622−627.
- Петлюк Ф.Б., Платонов В. М., Аветьян B.C. Оптимальные схемы ректификации многокомпонентных смесей. // Хим. пром. 1966, № 11, с.65−69.
- Деменков В.Н. Схемы фракционирования смесей в сложных колоннах. // Химия и технология топлив и масел. 1997, № 2, с.6−8.
- Деменков В.Н. Новые технологические схемы фракционирования нефтяных смесей в сложных колоннах: Автореф. дисс.. доктора техн. наук. // Уфа: УГНТУ. 1996, 50с.
- Triantafyllou С., Smith R. The design and optimization of diving wall distillation columns: in Energy efficiency in progress technology. Athens, Greece, 1992, p.351−360.
- Платонов B.M., Петлюк Ф. Б. Жванецкий И.Б. О термодинамической эффективности ректификационных установок со стриппинг-секциями // Химия и технология топлив и масел. 1971, № 3, с.32−39.
- Hernandez S., Jimenez A. Design of optimal thermally-coupled distillation systems using a dynamic model. // Trans IchemE. April 1996, v.74, part A, p.357−362.
- Doukas N., Luyben W.L. Economics of Alternative Distillation Configurations for Separation of Ternary Mixtures. // Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev. 1978, v. 17, № 3, p.272−281.
- Elaahi A., Luyben W.L., Alternative Distillation Configuration for Energy Conversation in Four-Component Separation. // Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev. 1983, v.22, p.80−86.
- Agrawal R., Woodward D.W., Modi A.K. Coproduction of High Purity Products Using Thermally-Linked Columns. Symposium on Distillation and Absorption. Maastricht, 1997, p.511−520.
- Tedder D.W., Rudd D.F. Parametric Studies in Industrial Distillation. // AIChE J. 1978, v.24, № 2, p.303−334.
- Тимошенко A.B., Тимофеев B.C., Паткина О. Д. Оптимальные по энергозатратам схемы ректификации смесей бензола и алкил-бензолов. // Хим. пром. 1998, № 4, с.41−44.
- Паткина О.Д., Глушаченкова Е. А., Осипова Т. А., Назаренко С. П., Серафимов JI.A., Тимошенко А. В. Топологический анализ изоэнергетических многообразий процесса ректификации. // ТОХТ. -2000, т.34, № 1, с.439.
- Кузина О.Д. Разработка энергосберегающих технологических схем ректификации многокомпонентных зеотропных смесей органических продуктов: Дисс.. кандидата техн. наук. //М.: МИТХТ. -2000, 155с.
- Коган В.Б., Фридман В. М., Кафаров В. В. Равновесие между жидкостью и паром. M.-JL: Наука, 1966.
- Заяц В.И. Исследование процесса и разработка технологических схем разделения синтетических жирных кислот: Дисс.. кандидата техн. наук. И Мл МИТХТ. 1973, 162с.
- Буев Д.Л., Тимошенко А. В. Оптимальные схемы разделения синтетических жирных кислот С5-С2о• // Хим. пром. 2000, № 10, с.24−27.
- Буев Д.Л., Тимошенко А. В. Оптимальный вариант разделения синтетических жирных кислот С5-С2о- В сб. Математические методы в технике и технологиях, ММТТ-2000, тезисы международной научной конференции. — СПб, 2000, т.2, с.37−38.
- Глушаченкова Е.А., Анохина Е. А., Тимошенко А. В. Структурная оптимизация установок газофракционирования. // Наука и техн. углеводородов. 2000, № 4, с.55−61.
- Броншнейн И.Н., Семендяев К. А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВУЗов. М.: Наука, 1986. — 544с.
- Rod V., Marek J. Separation Sequences in Milticomponent Rectification.// Collect. Czech. Chem. Commun. 1959, v.24, p.3240−3248.
- Rudd D.F., Powers G.J., Siirola J.J. Process Synthesis. 37, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1973.
- Nadgir V.M., Liu Y.A. Studies in Chemical Process Design and Synthesis V. A Simple Heuristic Method for Multicomponent Separation. // AIChE J. 1983, v.29, № 6, p.926−934.
- Александров И.А., Серафимов JI.A., Петлюк Ф. Б., Гройсман C.A. К выбору области оптимальных параметров четкой ректификации близкокипящих смесей углеводородов. // Известия ВУЗов 1975, № 6, с.45−50.
- Береговых В. В. Промышленность СК. М., ЦНИИТЭнефтехим. -1977, № 5, с.4−6.
- Петлюк Ф.Б., Исаев Б. А. Расчетное исследование различных схем установок газофракционирования. // Нефтепереработка и нефтехимия. 1978, № 1, с.22−25.
- Буев Д.Л., Тимошенко А. В. Разработка оптимальных технологических схем ректификации карбоновых кислот.
- Тимошенко А.В., Серафимов JI.A. Топологические инварианты распределения изоэнергетических многообразий в концентрационных симплексах исходных составов питания. // ТОХТ. 1999, т. ЗЗ, № 2, с.164−168.
- Петлюк Ф.Б., Серафимов JI.A. Многокомпонентная ректификация, теория и расчет. М.: Химия, 1983. — 304с.
- Серафимов Л.А., Тимошенко А. В. Графометрия технологических схем ректификационного разделения многокомпонентных зеотропных смесей (Часть I): Учебное пособие. М.: ООО Полинор-М, 1995.-64с.
- Тимошенко А.В. Создание энергосберегающих технологий разделения многокомпонентных смесей органических продуктов на базе тополого-графового анализа концентрационных областей оптимальности: Дисс.. доктора техн. наук. // М.: МИТХТ. 2001, 298с.
- Мозжухин А.С. Автоматизированная система синтеза технологических схем ректификации продуктов промышленного органического синтеза (САПР TCP). Тезисы докл. V Всероссийской конференции по теории и практике ректификации. — Северодонецк, 1984, с. 25.
- Мозжухин А.С., Ямпуров B.JL, Костикова Л. В., Рябинин А. И. Компьютерная система научных исследований и предпроектной разработки технологических систем ректификации. // Наука и технология углеводородов. 2000, № 4, с.126−136.
- Митропольская В.А. Исследование динамических систем непрерывной ректификации: Дисс.. кандидата техн. наук. // М.: МИТХТ. -1977.
- Мозжухин А.С., Митропольская В. А. Исследование сопряженных динамических систем ректификации. Тезисы докл. V Всероссийской конференции по теории и практике ректификации. — Северодонецк, 1984, с.22−24.
- Тимошенко А.В., Анохина Е. А. Энергосберегающая ректификация многокомпонентных смесей в сложных колоннах с боковыми отборами. // Хим. пром. 2002, № 5, с.3−6.
- Александров И.А. Перегонка и ректификация в нефтепереработке. -М.: Химия, 1981.-352с.
- Бабаева Л.К., Котельников Б. П., Карпенко А. А. Обзор работ по синтетическим жирным кислотам за 1964−1967г.г. // Аналитическиеи сопоставительные обзоры, сер. «Нефтехимия». М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1968.
- Милосердов П.Н., Заяц В. И., Филиппов Н. А., ЛебединскаяН.А., Всяких Е. П., Серафимов Л. А. Ректификация смесей жирных кислот, их эфиров и жирных спиртов. // Тематические обзоры. Сер. «Нефтехимия и сланцепеработка». -М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1972.
- Милосердов П.Н., Заяц В. И. Технологические схемы и аппаратурное оформление процесса разделения СЖК. // Аналитические и сопоставительные обзоры. Сер. «Поверхностноактивные вещества и синтетические жирозаменители». -М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1967.
- Раева В.М., Фролкова А. К. Разделение азеотропных смесей с использованием комплексов, основанных на варьировании давления. // Рос. хим. журн. 1998, т.42, № 6, с.76−78.
- Кушнер Т.М., Тациевская Г. И., Серафимов Л. А., Львов С. В. Выделение низших карбоновых кислот из фракции оксидата прямогонного бензина. // Хим. пром. 1969, № 1, с.20—23.
- Береговых В.В., Корабельников М. М., Серафимов Л. А. Выбор оптимальной технологической схемы ректификации тройных зеотропных смесей. // Хим. фарм. журнал. 1984, № 3, с.350−355.
- Береговых В.В., Корабельников М. М., Серафимов Л. А. Стратегия синтеза и анализа технологических схем ректификации. // Хим. фарм. журнал. 1985, № 3, с.202−207.
- Береговых В.В., Корабельников М. М., Ермак Н. В., Рудаковская Т. С., Серафимов Л. А., Львов С. В. Особенности ректификации четырехкомпонентной системы бензол толуол — изопропилбензол -а-метилстирол. // НТРС, Промышленность СК. — 1977, № 11, с.1−4.
- Береговых В.В., Корабельников М. М., Ермак Н. В., Рудаковская Т. С., Серафимов Л. А., Львов С. В. Особенности ректификации четырехкомпонентной системы бензол — толуол — этилбензол — а-метилстирол. // НТРС, Промышленность СК. 1997, № 5, с. 4−7.
- Тимошенко А.В., Анохина Е. А., Буев Д. Л. Определение агрегатного состояния бокового отбора в сложной ректификационной колонне. -В сб. Наукоемкие химические технологии 2001. — 2-я шк. молодых ученых, Ярославль, 2001, с. 41−42.
- Буев Д.Л., Тимошенко А. В. Оптимальные схемы разделения газового конденсата. В сб. Математические методы в технике и технологиях, ММТТ-14: Сб. трудов 14 международной научной конференции. -Смоленск, 2001 г., т.2 с. 101−102.