Введение к работе
Актуальность работы
Процессы разделения многокомпонентных смесей на основе ректификации и абсорбции широко распространены в химической, нефтеперерабатывающей и многих других отраслях промышленности. Детальное математическое описание этих сложных тепло-массообменных процесссов должно содержать: модели для расчета физико-химических свойств и условий фазового равновесия многокомпонентных парожидкостных систем, модели многокомпонентной массоотдачи в жидкой и газовой фазах, а также модели описания гидродинамики движения фаз в колонне. Необходимо отметить, что модели для расчета равновесных свойств и характеристик переноса могут быть построены в рамках общих фундаментальных молекулярно-статистических основ. Перспективность такого подхода очевидна, так как он использует минимум эмпирической информации, не имеет ограничений по числу компонентов, описывает всю газо-жидкофазную область и обладает предсказателыюстыо. Кроме того, математическая модель процессов разделения многокомпонентных смесей, построенная с использованием молекулярно-статистических основ, позволит исследовать влияние многокомпонетного массопереноса и учесть его при проектировании и реконструкции аппаратов.
В настоящие время молекулярно-статистическая теория жидкостей и газов активно развивается и появилась реальная возможность использовать ей современные методы в инженерных расчетах. Это в первую очередь касается расчета равновесных физико-химических свойств многокомпонентных газожидкофазных систем. Успехи молекулярно-статистической теории неравновестиого состояния на сегодняшний день более скромные. Поэтому в данной работе решается актуальная задача по разработке методов описания коэффициентов многокомпонентного переноса массы на основе потенциалов межмолекулярного взаимодействия и частичных функций распределения. Это позволит построить модель многокомпонентного массопереноса в насадочных колонных.
Работа выполнялась в рамках следующих-программ:
-
Грант РФФИ 02-03-32298-а «Описание равновесных характеристик и процессов переноса в жидких смесях на основе частичных функций распределения»;
-
Грант РФФИ 03-03-32361 «Изучение фазовых равновесий в многокомпонентных системах жидкий раствор - свехкритический растворитель»;
-
Грант РФФИ 03-03-9б197-р2003татарстан_а «Описание термодинамических свойств молекулярных флюидов на основе многочастичных потенциалов взаимодействия»;
-
В рамках «Плана приоритетных фундаментальных и прикладных исследований Академии наук Республики Татарстан на период 2001-2005 годы» По теме «Перспективные ресурсо- и энергосберегающие химические технологии» с 2001 года по 2003 год.
Цель работы
Разработать математическое описание многокомпонентного массопереноса для процесса ректификации в промышленных насадочных колоннах на основе молекулярно-статистических методов расчета физико-химических свойств рабочих сред. На основе полученного математического описания определить высоту насадочного слоя, необходимую для модернизации колонны К-701 на Сургутском заводе стабилизации конденсата, с целью обеспечить повышение качества разделения нефтегазоконденсатной смеси и производительности колонны. Научная повніша
-
Разработаны методы описания матрицы коэффициентов многокомпонентной диффузии в жидких смесях на основе центральных и не центральных потенциалов межмолекулярного взаимодействия и частичных функций распределения.
-
Разработан метод расчета двухчастичной функции распределения на основе атом-атомной (центр-центровой) схемы описания межмолекулярных взаимодействий.
-
Разработана математическая модель процесса ректификации в насадочных колоннах на основе дифференциальных уравнений движения фаз в аппарате и фундаментальных уравнений молекулярного многокомпонентного массопереноса, в которых матрица коэффициентов многокомпонентной диффузии определялась на основе потенциалов межмолекулярного взаимодействия и частичных функций распределения.
Практическая значимость
-
Разработанная математическая модель и программный комплекс для расчета многокомпонентной ректификации в насадочных колоннах обладает удовлетворительной точностью и нуждается в минимальном количестве эмпирической информации, что позволяет использовать данную модель для моделирования процессов многокомпонентной ректификации и абсорбции в насадочных колоннах для химической и нефтеперерабатывающей промышленности.
-
Выполнены проектные расчеты высоты насадочного слоя колонны К-701 стабилизации конденсата на Сургутском ЗСК. Это позволило провести замену тарелок в верхней части данной колонны на новую насадку IRG ИВЦ «Инжехим» в сентябре 2003 года, а последующие промышленные испытания подтвердили расчетные результаты и технические решения по модернизации.
-
Разработанный метод расчета матрицы коэффициентов многокомпонентной диффузии в жидких смесях на основе центральных и не центральных потенциалов межмолекулярного взаимодействия позволяет прогнозировать эти характеристики в отсутствии экспериментальных данных.
Результаты, полученные лично автором
1. Разработан новый метод расчета двухчастичной функции распределения на основе атом-атомной (центр-центровой) схемы описания межмолекулярных взаимодействий.
-
Разработан метод и программный комплекс расчета матрицы коэффициентов многокомпонентной диффузии на основе центральных и не центральных потенциалов межмолекулярного взаимодействия.
-
Разработана математическая модель и программный комплекс расчета процесса ректификации в насадочных колоннах на основе дифференциальных уравнений движения фаз в аппарате и фундаментальных уравнений молекулярного многокомпонентного массопереноса, в которых матрица коэффициентов многокомпонентной диффузии определялась на основе потенциалов межмолекулярного взаимодействия и частичных функций распределения.
-
Выполнены проектные расчеты высоты насадочного слоя колонны К-701 стабилизации конденсата на Сургутском ЗСК.
Апробация работы
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на:
-
Всероссийская научная конференция, посвященная 80-летию со дня рождения А.Г. Усманова «Тепло- и массообмен в химической технологии», г. Казань, 2001г.
-
X Российская конференция по тегаюфизическим свойствам веществ, г. Казань, 30 сентября - 4 октября 2002г.
-
XVII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, г. Казань, 21-26 сентября 2003 г.
-
Ежегодных отчетных научно-технических конференциях в КГТУ (2000 -2003 г.г.).
Публикации
По теме работы опубликовано П. печатных работ и тезисов докладов.
Объем и структура диссертации
