Введение. 
Химическая технология: многокомпонентная ректификация

В современной химической технологии процесс ректификации многокомпонентных систем (МКС) занимает первое место по степени энергозатрат на его проведение при заданном качестве целевых продуктов. Поэтому целью всех исследований процесса ректификации является снижение энергозатрат самого процесса.

Как известно, при анализе и синтезе процесса многокомпонентной ректификации выявляются наиболее оптимальные пути и варианты решения проблемы энергозатрат. Без использования современных методов математического моделирования, оптимизации и системного анализа решить эту проблему невозможно.

За последние 50 лет математическое моделирование и оптимизация процесса многокомпонентной ректификации с использованием современных ЭВМ получили большое развитие. Многие моделирующие программы расчета процесса ректификации применялись не только на лабораторном, но и на промышленном уровнях. Ядром этих программ было решение систем уравнений тепловых и материальных балансов, описывающих поведение технологической системы, с помощью различных методов и соответствующих допущений. Многие компьютерные программы позволяли проводить проверочные расчеты ректификации в стационарном режиме для простых систем с одной колонной или для сложных систем с несколькими колоннами, связанных друг с другом. Другие программы позволяли проводить автоматизированное проектирование химикотехнологических систем.

В настоящее время мощные универсальные моделирующие программы (УМП) широко применяются во всем мире (Chemcad, AspenPlus, Hysys, Pro/II). Однако большинство этих программ либо написано на уже устаревших языках программирования сейчас и не могут работать на современных операционных системах (их программный интерфейс не удобен и решает только определенные задачи) либо очень дороги и трудно применимы для обычного пользователя, а иногда не удовлетворяют требованиям практики. УМП являются фактически черным ящиком (пользователь не может узнать, что происходит в процессе расчета).

Поэтому перед авторами была поставлена актуальная задача — построить отечественную, удобную (универсальную) моделирующую программу расчета процесса многокомпонентной ректификации, основанную на современном языке программирования с обобщенным алгоритмом.

Подготовка конкурентноспособных специалистов химических, биотехнологических и др. энергои ресурсосберегающих технологий требует от них знания концепции интегрированного подхода для анализа и синтеза действующих и вновь проектируемых энергоемких ректификационных колонн и их систем, предусматривающего развитие навыков (у студентов) в построении математического описания процесса разделения, математической модели для расчета фазового равновесия, параметров физикохимических свойств веществ и кинетики массоиередачи широкого класса многокомпонентных смесей с их программным обеспечением, что и явилось целью написания нового поколения учебного пособия.

Для достижения поставленной цели авторам необходимо было решить следующие задачи:

• — усовершенствовать алгоритмы, программое обеспечение и методы расчета парожидкостного равновесия с использованием их известных моделей: Чао-Сидера, Грайсона-Стрида, уравнений состояния Соава-Редлиха-Квонга (СРК), Пенга-Ропинсона (ПР) (при высоком давлении) и моделей Ван-Лаара, Маргулеса, Вильсона, НРТЛ, ЮНИКВАК, ЮНИФАК и АСОГ (при низком давлении);
• — разработать алгоритмы и программное обеспечение оптимального поиска коэффициентов бинарного взаимодействия в моделях парожидкостного равновесия Вильсона, ЮНИКВАК, НРТЛ при наличии экспериментальных данных по парожидкостному равновесию бинарных пар. При отсутствии экспериментальных данных по парожидкостному равновесию бинарных пар — использовать модели ЮНИФАК и АСОГ;
• — усовершенствовать алгоритмы, программное обеспечение и методы расчета процесса ректификации многокомпонентных систем: трехдиагональной матрицы, 2N-HbK>TOHa, Ньютона-Рафсона, двухконтурного метода и метода гомотопии;
• — создать базы данных для объединения с программой расчета многокомпонентной ректификации, которая должна содержать следующие таблицы:
• • физико-химических параметров (более 600 популярных индивидуальных веществ — см. Приложение В);
• • параметров бинарного взаимодействия в уравнениях состояний СРК и ПР;
• • параметров моделей Чао-Сидера и Грайсона-Стрида;
• • параметров бинарного взаимодействия для расчета коэффициентов активности моделей Ван-Лаара, Маргулеса, Вильсона, НРТЛ, ЮНИКВАК, ЮНИФАК и АСОГ;
• • групповых параметров для моделей ЮНИФАК и АСОГ;

Все эти параметры вошли в базу данных THERMOBANK (электронный справочник), который может использоваться самостоятельно, либо для соединения с различными программами моделирования и расчета процесса многокомпонентной ректификации;

— создать программный комплекс DISTSIM на языке Visual Ваsic.Net 2008 для моделирования и расчета процесса многокомпонентной ректификации в сложных ректификационных колоннах или их системах с использованием базы данных THERMOBANK.

Кроме обычных функций (редактирование, нахождение и просмотр данных), вновь созданный отечественный программный комплекс позволяет рассчитывать и отображать в виде чисел или графиков величины (теплоемкость, давление насыщенного пара и т.др.), зависящие от температуры.