ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Синтез схем разделения из "Процессы и аппараты химической технологии Том 2" В качестве основных элементов, из которых может быть синтезирована схема разделения многокомпонетных смесей, целесообразно выделять элементы, определяющие свойства которых в достаточной мере изучены и для которых известны необходимые конструктивные решения. [c.12] За основной элемент синтезируемой схемы в случае использования тарельчатых колон ректификации может быть выбрана, например, отдельная тарелка [124], на основе которой в принципе можно построить любую схему разделения. Подобный подход может оказаться эффективным при проектировании отдельных простых или сложных колонн ректификации, разделяющих многокомпонентные смеси, однако практически неприемлем для синтеза многоколонных схем разделения, поскольку возможное число вариантов схем, построенных на основе таких элементов, чрезвычайно велико. [c.12] Более перспективным представляется подход к решению задачи синтеза многоколонных ректификационных установок, в основу которого положены такие элементы, как кипятильник, дефлагматор и секция колонны (тарельчатая или насадочная) [130]. В этом случае задача синтеза формулируется как задача определения оптимальной структуры связей таких элементов с одновременной выработкой требований к их функциональным свойствам в пределах известных качественных и количественных характеристик каждого элемента. Достоинством такого подхода является то, что он позволяет рассматривать практически все возможные схемы разделения любой степени сложности при сохранении достаточной гибкости в определении необходимого числа ступеней разделения в проектируемых колоннах. На рис. 1 представлен пример изображения сложной ректификационной установки в терминах используемых элементов. [c.12] Однако, разработка общих методов синтеза ректификационных установок без ограничения структуры пока еще далека от практических результатов. Поэтому больщинство решенных или решаемых в настоящее время задач синтеза может рассматриваться лишь как синтез квазиоптимальных схем разделения в рамках заданых структур. [c.15] Решение задачи разделения многокомпонентной смеси является одним из важнейших этапов общей задачи синтеза химико-технологических систем. Для одного технологического процесса синтез схемы процесса разделения может быть связан с несколькими этапами построения ХТС, на каждом из которых решаются такие задачи, как подготовка сырья, предварительная очистка реагентов, разделение продуктовых потоков реакторных систем, очистка сточных вод и т. д. Очевидно, что разработка эффективных методов синтеза схем ректификации многокомпонентных смесей существенным образом влияет на эффективность общего решения задачи синтеза оптимального химико-технологического процесса. [c.15] В общем случае при решении задачи построения оптимальной схемы разделения многокомпонентных смесей рассматриваются две взаимосвязанные задачи выбор основных методов проведения процессов разделения (обычная, экстрактивная, азеотропная ректификация, сорбционные и экстракционные процессы и т. д.) и построение оптимальной последовательности элементов схемы, в каждом из Кфторых реализуется некоторый тип процесса разделения. Выбор метода проведения процесса разделения принципиально может быть проведен при известных физико-химических свойствах компонентов исходной разделяемой смеси. Все же до настоящего времени этот этап синтеза схемы разделения разработан недостаточно полно я в большинстве случаев в качестве основного функционального элемента системы обычно принимается простая ректификационная колонна, оборудованная собственным кубом и дефлегматором [9, 53-—59]. В некоторых случаях такой метод построения схем ректификации действительно является наиболее экономичным методом разделения исходной смеси на чистые компоненты или на фракции определенного состава [9, 103]. [c.15] Схемы разделения, построенные из однородных элементов, обычно называют гомогенными, а если допускается возможность использования различных методов разделения многокомпонентных смесей, то полученные при этом схемы принято определять как гетерогенные. Очевидно, что для гетерогенного процесса число возможных вариантов построения схемы разделения намного перекрывает число возможных гомогенных схем. [c.15] Проведенные сравнительно недавно тщательные исследования возможностей построения оптимальных схем разделения на основе минимизации энергетических затрат именно для случаев присутствия трудноразделяемых компонентов позволили разработать следующие эвристики [9, 103]. [c.18] Последние эвристики являются аналогом первой эвристики, предложенной ранее [61] с той лишь разницей, что они определены в терминах относительных летучестей компонентов разделяемой смеси и степени чистоты продуктов разделения. В некотором смысле полученные выводы [ШЗ] можно рассматривать как результаты, использования при синтезе схем много-компоиштной ректификации всех ранее предложенных эвристических правил. [c.18] С использованием предложенных эвристик и соответствующих весовых коэффициентов проводился синтез ряда процессов разделения миогокомпонентных смесей [9, 72]. [c.19] Как уже отмечалось, во всех рассмотренных работах решалась з,адача синтеза только гомогенных процессов разделения, т. е. задача построения схемы разделения, из процессов одинакового типа, в частности, рассматривался только процесс обычной ректификации, проводимый в обычных ректификационных колоннах. В то же время разделение многокомпонентной смесит может быть проведено и такими методами, как абсорбция, экстракция, азеотропная я экстрактивная ректификация, а кроме того, во многих случаях разделение смеси на чистые компоненты или отдельные фракции немыслимо без использования этих методов разделения. Если учесть также гетерогенность схемы р,азделения в смысле использования в общей последовательности элементов различных конструктивных решений (например, установок, показанных на рис. 4), то количество возможных схем проведения процесса становится огромным [9, 68, 103]. [c.19] Для р бшения задачи синтеза гетерогенных схем разделения предлагается использовать. метод динамического программирования [72, 93—98], который оказался очень эффективным в смысле уменьшения числа возможных вариантов схем разделения, подлежащих детальному исследованию при выборе оптимальной схемы. [c.20] На первом этапе алгоритма синтеза формируется список всех компонентов разделяемой смеси, в соответствии с которым должен быть проведан анализ физико-химических свойств компоненто1В, определяющих возможность проведения процесса р,азделения. Например, все компоненты перечисляются в порядке уменьшения температур кипения и плавления, растворимости и т. д. Каждый компонент полученного списка рассматривается в качестве кандидатуры разделения с точки зрения соответствующих физико-химических свойств и возможности или даже предпочтительности проведения операции выделения именно данного компонента. [c.20] Естественно, что а этом этапе в качестве анализируемых могут рассматриваться различные свойства компонента и в разработанном методе оценка приоритета того или иного физикохимического свойства в начальный период синтеза определяется интуитивно или с использованием ранее накопленного опыта. [c.20] Тогда в результате такой ранжировки физико-химических свойств каждому из них может быть поставлен в соответствие определенный высокой коэффициент. [c.21] На более высоком уровне задача синтеза схемы разделения многокомпонентной смеси эвристическим методом рассмотрена в работе [68]. Общая стратегия используемого метода синтеза представлена иа рис. 6. [c.22] Задана исходная смесь—(А, В, С, О), требуется получить продукты разделения (А, В, С, В), допускается использование двух методов разделения I и II. [c.25] Вернуться к основной статье