Математическая модель реакционно-ректификационного процесса получения этилового спирта

Выводы.

Разработанная модель РРП адаптируется к процессам, происходящим в эпюрационной колонне и адекватна процессам, происходящим в реальных технологических аппаратах по качественным и количественным основаниям. Результаты расчетов, проведенных на модели, удовлетворительно совпадают с производственными данными для совпадающих условий осуществления технологических процессов. Разработанная модель РРП может быть рекомендована для использования при исследовании динамики колонны и для автоматизированного оптимального управления процессом.

Анализ, проведенный на математической модели процесса, подтвердил выводы, представленные в [35], и показал, что уменьшения количества примесей в эпюрате, а, следовательно, и в ректификованном спирте можно добиться путем подбора оптимальных величин греющего пара и отбора головной фракции при условии пониженного давления в колонне.

Главным фактором, влияющим на образование метанола, является рабочее давление в колонне.

Работа эпюрационной и спиртовой колонн под вакуумом обеспечивает лучшее качество продуктов при одинаковых затратах дорогостоящего греющего пара. Работа бражной колонны под разрежением могла бы понизить образование в ней примесей, однако это привело бы к уменьшению температуры пара бражного дистиллята, обогревающего спиртовую и эпюрационную колонны, и, следовательно, к увеличению энергозатрат.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

При решении задач, отвечающих поставленной цели — разработке математического описания ректификационного процесса, совмещенного с химической реакцией в зоне массообмена, получены следующие результаты:

• Установлено, что широко распространенные в химической технологии ректификационные процессы, совмещенные с химическими реакциями в зоне массообмена, как правило, исследуются в стационарных режимах, что приемлемо для многотоннажных производств. Для оптимизации режимов переработки растительного сырья по критерию содержания полезных веществ в готовой продукции необходимы математические модели, описывающие совместные реакционноректификационные процессы по всей длине ректификационной колонны.

• Предложена и реализована математическая модель реакционноректификационного процесса, удовлетворяющая следующим допущениям:

— давление на каждом контактном устройстве ректификационной колонны постоянно;

— жидкость находится при температуре кипения, пар — при температуре точки росы;

— режим работы контактного устройства — адиабатический;

— моделируется процесс ректификации из многокомпонентного водного раствора. В растворе присутствует целевой продукт (этанол) и множество органических веществ — примесей, концентрации которых на порядок ниже концентрации целевого продукта;

— физико — химические свойства компонентов постоянны на данном контактном устройстве и усреднены в возможном диапазоне изменения концентраций;

— паровая фаза принимается идеальной;

— теплоты смешения потоков жидкости пренебрежимо малы;

— примеси независимы друг от друга, не влияют на коэффициент испарения целевого продукта и, в силу малого их количества по сравнению с целевым продуктом и водой, на тепловой и материальный баланс в колонне;

— часть примесей в зоне массоообмена вступают в химические реакции, химические реакции осуществляются независимо друг от друга, концентрация веществ в каждой зоне массообмена аддитивна по отношению к ректификационным и химическим процессам.

• Осуществлена адаптация разработанной математической модели РРП к технологическому процессу выделения пищевого этилового спирта способом многоступенчатой ректификации, осуществляемом на промышленной установке БРУВАК. Проведены численные эксперименты с разработанными математическими моделями РРП, подтверждающие их адекватность процессам, происходящим в бражной, спиртовой и эпюрационной колоннах установки БРУВАК ОАО «Бийский спиртзавод». Найдены конструктивные и технологические режимы ректификации, повышающие эффективность бражной, спиртовой и эпюрационной колонн. В том числе, исследовано влияние степени отбора дистиллята, давления в верхней части колонн, температуры питающего раствора, расхода пара и пр.

• Осуществлено моделирование экспериментально установленного факта: появление метанола в ректификованном этиловом спирте, выделяемом из мелассной бражки, которая в исходном состоянии метиловый спирт не содержит. Подтверждена гипотеза об образовании метанола в зоне.

111 массообмена ректификационного процесса в результате химической реакции между метиалацетатом и водой.

• Найдены режимы ректификационной очистки этилового спирта в эпюрационной колонне, подавляющие метанол в дистилляте. Показано, что наиболее эффективным является снижение давления в верхней части колонны.

• Математическая модель, адаптированная к установке БРУВАК и режимы работы колонн, рассчитанные с помощью модели, переданы на производство в ОАО «Бийский спиртзавод».

• Использование разработанной модели РРП для исследования режимов ректификационной переработки растительного сырья может осуществляться соответствующей адаптацией, в том числе вводом в тело программы описания химических реакций и термодинамических условий их осуществления.

1. Щавлинский А. Н. Стандартизация растительного сырья и лекарственных средств //Отчет о научно — исследовательской работе. -М.: 1990. 32 с.

2. Всесоюзная конференция по исследованию лекарственных растений и перспективам их использования в производстве лекарственных препаратов //Материалы всесоюзной конференции. М.: 1979. 48 с.

3. Калошина H.A. Живительные бальзамы, эликсиры и экстракты //Под ред. A.B. Мазулина, Н. И. Федюковича. Минск.: Ураджай, 1997. — 89с.

4. Розен Б. Я. Химия союзник медицины. — М.: «Медицина», 1986. — 33 с.

5. Лекарственные растения в клинике //Новое в жизни, науке, технике. Серия «Медицина» № 5. М.: Знание, 1983. — С. 12−16.

6. Алтымышев A.A. Природные целебные средства. Лекарственнотехническое сырье. Бишкек: Кыргызстан, 1991. — 57 с.

7. Курымысова И. И. Лекарственные растения (Заготовка, хранение, переработка, применение) //Под ред. В. Ф. Аксенова, Н. Г. Татимова. -Алма Ата.: Кайнар, 1988. — 75 с.

8. Абдуразакова С. Х. Совершенствование технологии бродильных производств на основе стимулирования биокаталитических процессов. /Ташкентский политехнический институт. Ташкент.: Фан, 1990.-120 с.

9. Громов С. И., Устинников Б. А. Переработка некондиционного сырья на спиртовых заводах. М.: ВО «Агропромиздат», 1989. — 198 с.

10. Ю. Бачурин П. Я. Устинников Б.А. Оборудование для производства спирта и спиртопродуктов. -М.: Агропромиздат, 1985. 343 с. 11 .Технология спирта. В. Л. Яровенко, В. А. Маринченко, В. А. Смирнов // Под ред. В. Л. Яровенко. М.: Колос, 1999. — 156 с.

11. П. Лисовец С. Ю., Комарова Л. Ф. Математическая модель ректификационной очистки этилового спирта с учетом химических реакций в зоне массообмена //Химия растительного сырья. Барнаул.: АГУ, № 1,2000.-С 131−138.

12. Биотехнология. //Под ред. A.A. Баева. М.: Наука, 1984. — 309 с.

13. Варфоломеев С. Д., Гуревич К. Г., Биокинетика. Практический курс. -М.: ФАИР ПРЕСС, 1999. — 720 с.

14. Брей Дж., Уайт К., Кинетика и термодинамика биохимических процессов. М., 1959. — 280 с.

15. Варфоломеев С. Д., Зайцев C.B., Кинетические методы в биохимических исследованиях. М.: 1982. — 170 с.

16. Безбородов А. М. Биохимические основы микробиологического синтеза. -М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. 304 с.

17. Справочник по производству спирта. Сырье, технология и технохимконтроль. //Под ред. В. Л. Яровенко, Б. А. Устинникова, Ю. П. Богданова, С. И. Громова. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.-335 с.

18. Справочник по производству спирта. Оборудование, средства механизации и автоматизации. // Под ред. Ю. П. Богданова, В. Н. Зотова, С. П. Колоскова. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983 — 479 с. 114.

19. Справочник технолога ликеро водочного производства. //Под ред. B.JI. Яровенко, И. И. Бурагевского. — М.: Агропромиздат, 1992. — 288 с.

20. Ресурсосберегательная технология в производстве спирта. //Под ред. Н. С. Терновского. М.: Пищевая промышленность, 1994. — 168 с.

21. Яровенко В. Л., Ровинский J1.A. Моделирование и оптимизация микробиологических процессов спиртового производства. М.: Пищевая промышленность, 1978. — 247с.

22. Исследование лекарственных средств и обеспечение ими населения. /Межвед. сб. научных трудов //Под ред. А. И. Сичко. Свердловск.: СГМИ, 1983.-47 с.

23. Вопросы разработки новых лекарственных средств. //Сб. статей. -Рязань: 1984.-23 с.

24. Гравель И. В. Эколого фармакогностический анализ некоторых видов лекарственного растительного сырья, заготавливаемого в Алтайском крае: Автореф. дисс.к.т.н. — СПб.: 1995. — 20 с.

25. МАНЭБ, посвященной 290 летию города Бийска. — Бийск — Барнаул.: МАНЭБ, 1999.-С. 68−70.

26. Цыганков П. С. Ректификационные установки спиртовой промышленности. М.: Легкая промышленность, 1984. — 336 с.

27. Николаев А. П. Оптимальное проектирование и эксплуатация брагоректификационных установок. М.: Пищевая промышленность, 1975. — 183 с.

28. Стабников В. Н., Николаев А. П., Мандельштейн М. Л. Ректификация в пищевой промышленности. Теория процесса, машины, интенсификация. М.: Пищевая промышленность, 1984. — 232 с.

29. Регламент производства спирта из мелассы //Ч 2. Брагоректификация. Киев.: УкрНИИСП, 1973. 202 е.

30. Кафаров В. В., Глебов М. Б. Математическое моделирование основных процессов химических производств. // Учебное пособие. М.: Высшая школа, 1991. -302 с.

31. Ермаков С. А. Массоперенос карбоновых кислот, сопровождающийся быстрой химической реакцией, при экстракции в условиях самопроизвольной межфазной конвекции: Автореф. дисс.к.т.н. -Екатеринбург: 1998. 18 с.

32. Лузянина Г. Н. Разработка технологии получения эфиров акриловой кислоты на основе непрерывного совмещенного рекционноректификационного процесса: Автореф. дисс.к.т.н. М.: 1988. — 17 с.

33. Лапшина В. Б. Разработка технологии разделения полиазеотропных смесей растворителей, образующихся в производстве синтетической аскорбиновой кислоты: Автореф. дисс.к.т.н. -М.: 1988. 18 с. 116.

34. Исаев Б. А. Разработка методов синтеза и исследование оптимальных технологических схем ректификации многокомпонентных смесей: Автореф. дисс. .к.т.н. М.: 1988. — 20 с.

35. Хамухин A.A. Математическое моделирование многокомпонентного нефтехимического процесса, протекающего в условиях неравномерного течения потока реагентов: Автореф. дисс.к.т.н. Томск.: 1988. — 18 с.

36. Баженова Е. Е. Получение полных моделей равновесия в промышленных смесях для широкого диапазона давлений: Автореф. дисс.к.т.н. — М.: 1982.-20 с.

37. Малета В. Н. Интенсификация процесса массообмена при циклической работе аппаратов пищевых производств: Автореф. дисс.к.т.н. Киев.: 1988.-20 с.

38. Ахназарова С. Л., Кафаров В. В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии. М.: Химия, 1968. — 174 с.

39. Астарита Дж. Массопередача с химической реакцией. /Перевод с английского к.т.н. М. И. Балашова. //Под редакцией д.т.н. JT.A. Серафимова. Л.: Химия, 1971. — 342 с.

40. Гарбер Н. Ю. Анализ статики непрерывных совмещенных реакционноректификационных процессов с помощью ЭВМ: Автореф. дисс.к.т.н. -М.: 1983.-20 с.

41. Писаренко Ю. А. Разработка теоретических основ анализа стационарных режимов реакционно массообменных процессов. Автореф. дисс.д.т.н. -М.: 1997,20 с.

42. Патласов В. П. Качественные методы исследования реакционноректификационных процессов и разработка промышленных совмещенных процессов получения органических продуктов: Автореф. дисс. д.т.н.-М.: 1996.-20 с.

43. Фереферов М. Ю. Массообмен в жидкой фазе на тарелках ректификационных колон: Автореф. дисс.к.т.н. Ангарск.: 1997. -19 с. 117.

44. Филимонов И. В. Кинетика массопередачи на провальных тарелках ректификационных колонн: Автореф. дисс.к.т.н. Ангарск.: 1998.-18с.

45. Киевский В. Я. Определение возможных вариантов разделения многокомпонентных азеотропных смесей на ЭВМ: Автореф. дисс.к.т.н.-М.: 1987.-20 с.

46. Титаренко Ю. И., Сабельфельд A.B., Сабельфельд К. К., Лисовец С. Ю. Модель ректификационного процесса, отягощенного химическими реакциями на тарелках. //Сб. материалов первой краевой конференции по математике «МАК 98». — Барнаул.: АГУ, 1998 — С. 12−14.

47. Ломакин Г. С, Лисовец С. Ю., Чичикин П. А. Проблемы использования экспертных систем. /Сб. материалов научно практической конференции «Социально — экономические проблемы развития г. Бийска до 2000 года» — Бийск.: НИЦ БиГПИ, 1997, С. 157 — 158.

48. Токмулина Г. А. Разработка термодинамико топологического анализа для САПР и АСНИ процессов разделения продуктов промышленного органического синтеза: Автореф. дисс.к.т.н. -М.: 1982. — 20 с.

49. Серафимов Л. А., Львов C.B. Научно технический сборник работ по нефтехимии, № 3, ГОСИНТИ, 1961. — С. 14−19.

50. Серафимов Л. А., Тимофеев B.C., Мозжухин A.C., Попова Л. М. //Научно технический сборник.- Химическая промышленность № 1, 42 (1965). -С.54 -59.118.

51. Анисимов И. В. Основы автоматического управления технологическими процессами нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. Л.: Химия, 1967. — 405 с.

52. Чеботаев В. Ф. Балашов М.И., Серафимов JI.A., Львов C.B., Физикохимические основы ректификации. //Труды МИТХТ им. М. В. Ломоносова: 1971.-270 с.

53. Лисовец С. Ю. Математическая модель реакционно > -ректификационного процесса получения этилового спирта //Препринт № 10, Барнаул.: АГУ, 2000. 15 с.

54. Ушаков С. Н. Поливиниловый спирт и его производные.// т 1, Изд. АН СССР, 1960, 100 с.

55. Уткин О. В. Автореф.канд.дисс., МИТХТ им. М. В. Ломоносова, 1971. -20с.

56. Лисовец С. Ю., Попова О. В., Титаренко Ю. И. Актуальная задача экологического менеджмента. /Сб. материалов научно практической конференции. Социально — экономические проблемы развития г. Бийска до 2000 года. -Бийск: НИЦБГПИ, 1997. — С. 128 — 131.

57. Вильямс Т. Дж., Проектирование химико технологических процессов методами системотехники. — М.: Химия, 1967. — 127 с.

58. Новое в исследованиях по фармакологии и токсикологии. /Сб. статей. //Под ред. Г. А. Гиммельрейх. Киев.: 1974. — 67 с.

59. Попова О. В., Хмелев В. Н. Экологические аспекты использования ультразвуковых технологий. /В сб. многофункциональные ультразвуковые аппараты и их применение в условиях малых производств, сельском и домашнем хозяйстве. Барнаул: 1997.-С.60−64.

60. Пономарев В. Д. Экстрагирование лекарственного сырья. М.: Медицина, 1979. — 53 с.

61. Совершенствование методов приготовления лекарств //Сб. статей. М.: 1979.-62 е.119.

62. Инютин С. М. Выбор разделяющих агентов в азеотропной и экстрактивной ректификации с помощью ЭВМ. Дисс. к.т.н. -Барнаул.: 1983. 148 с.

63. Инютин С. М., Комарова Л. Ф., Гарбер Ю. Н. Автоматизированная система поиска разделяющего агента //ТОХТ, 1984. Т. 18, № 1. С. 102 -105.

64. Инютин С. М., Гарбер Ю. Н., Комарова Л. Ф. Выбор разделяющих агентов в ректификации с помощью 3BMD // Сб. V Всесоюзная конференция по теории и практике ректификации. Северодонецк.: 1984, С. 192−195.

65. Химмельблау Д. Анализ процессов статистическими методами. М.: Мир, 1973.-961 с.

66. Николаев Л. А., Фадеев Г. Н. Молекула, скорость, реакция. Пособие для учащихся. М.: Просвещение, 1975. — 175 с.

67. Кафаров В. В. Методы кибернетики в химии и химической промышленности. М.: Химия, 1968. — 340 с.

68. Акопян A.A. Химическая термодинамика. М.: Высшая школа, 1963. -219 с.

69. Петлюк Ф. Б., Серафимов Л. А. Многокомпонентная ректификация. Теория и расчет. М.: Химия, 1983. — 304 с.

70. Жаров В. Т., Серафимов Л. А., Физико химические основы дистилляции и ректификации. — Л.: Химия, 1975. — 254 с.

71. Сборник трудов: физико химические основы ректификации //Под ред. И. Д. Тюрикова., A.C. Мозжихина., Т. А. Витмана. — М.: МИХМ, 1977. -124 с.

72. Львов C.B. Некоторые вопросы ректификации бинарных и многокомпонентных смесей. М.: АН СССР, 1960. — 40 с.

73. Кроу К. Математическое моделирование химических производств. М.: Мир, 1973. 126 с.

74. Островский Г. М., Волин О. М., Моделирование сложных химикотехнологических схем. -М.: Химия, 1975. 341 с.

75. Тябин Н. В. Теория равновесия и переноса в химико технологических процессах. Учебное пособие — Волгоград.: ВПИ, 1983. — 211 с.

76. Пухов Г. Е., Хатиашвили Ц. С. Модели технологических процессов. -Киев.: Техника, 1974. 54 с.

77. Бусленко И. П. Моделирование сложных систем. М.: Наука, 1988. -97с.

78. Кафаров В. В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. -М.: Химия, 1985.-468 с.

79. Алцыбеева А. И., Белоусов В. П., Морачевский А. Г. Термодинамические свойства водных растворов спиртов. //Сб. статей, Химия и термодинамика растворов. Л.: Университет, 1964. — 601 с. 120.

80. Морачевский А. Г., Смирнова М. А., Пиотровская Е. М. Термодинамика равновесия жидкость пар. — JL: Химия, 1989. — 344 с.

81. Липатов Л. Н. Типовые процессы химической технологии как объекты управления. М.: Химия, 1973. — 320 с.

82. Платонов В. И., Берго Б. Г. Разделение многокомпонентных смесей. -М.: Химия, 1965.-366 с.

83. Кафаров В. В., Мешалкин В. П. Ресурсосберегающие химические производства //Итоги науки и техники. М.: ВИНИТИ, 1987. — № 157, С. 85−88.

84. Кафаров В. В., Мешалкин В. П. Анализ и синтез химикотехнологических систем. М.: Химия, 1991. — 432 с.

85. Кафаров В. В. Принципы создания безотходных химических производств. М.: Химия, 1982. — 288 с.

86. Кафаров В. В., Ветохин В. Н. Основы автоматизированного проектирования химических производств. М.: Химия, 1987. — 623 с.

87. Кафаров В. В., Винаров А. Ю., Гордеев Л. С. Моделирование и системный анализ биохимических производств. М.: Лесная промышленность, 1985. — 344 с.

88. Кафаров В. В., Макаров В. В. Гибкие автоматизированные производственные системы в химической промышленности. М.: Химия, 1990.-320 с.

89. Палатник Л. С., Ландау А. И. Фазовые равновесия в многокомпонентных системах. Харьков.: Харьковский университет, 1961. — 89 с.

90. Коган В. Б. Азеотропная и экстрактивная ректификация. Л.: Химия, 1971.-431 с.

91. Терехин В. П., Шмелев A.C., Громыхалин С. А. Устойчивый релаксационный метод расчета сложной ректификационной колонны / в кн. Производство углеводородных растворителей. М.: ЦНИИТЭНЕФТЕХИМ, 1979. — С.54 — 57.

92. Давыдян А. Г. Особенности процессов периодической ректификации в колоннах разного типа. Дисс.к.т.н. — М.:НИФХИ, 1991. — 162 с.

93. Багатуров С. А. Основы теории и расчета перегонки и ректификации. М.: Химия., 1974. — 440 с.

94. Серафимов Л. А.

Введение

в теорию концентрационных пространств и преобразование переменных состава. М.: Учебное пособие МИТХТ, 1981. 35 с.

95. Кива В. Н. Качественный анализ ректификации на слабых математических моделях // Физико химические исследования массообменных процессов. — Л.: ВНИИСК, 1976. — С.290 — 332.

96. Серафимов Л. А. Теоретические принципы построения технологических схем ректификации неидеальных многокомпонентных смесей. Дисс.д.т.н. М.: МИТХТ, 1968. — 289 с.

97. Александров H.A. Массопередача при ректификации и адсорбции многокомпонентных смесей. М.: Химия, 1975. — 320 с. 121.

98. Френке Р. Математическое моделирование в химической технологии. М.: Химия, 1971. — 272 с.

99. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. JL: Химия, 1982. — 592 с.

100. Гельперин H.H. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1981. — 810 с.

101. Гельперин Н. И., Пебалк B. J1., Костанян А. Е. Структура потоков и эффективность колонных аппаратов химической промышленности. -М.: Химия, 1977. -264 с.

102. Давыдян А. Г., Месхи Г. А., Жванецкий И. Б., Платонов В. М. Исследование локальных закономерностей системы дифференциальных уравнений процессов ректификации и дистилляции. //Журн.физ.химии.- 1987.-Т.61,№ 1.-С. 94- 100.

103. Терней А. Современная органическая химия, /в 2 х томах, Т.1. — М.: Мир, 1981.-680 с.

104. Перри Дж. Справочник инженера химика./в 2-х тома, Т.1. — JL: Химия, 1969.-640 с.

105. Массообменные процессы химической технологии. /Сб. аннотаций 3. //Под ред. П. Г. Романкова, A.A. Медведева. Л.: Химия, 1968. — 121 с.

106. Беннект К., Майрс Д. Гидродинамика, теплообмен и массообмен. -М.: Недра, 1966. 88 с.

107. Денисов Е. Т., Кинетика гомогенных химических реакций. М.: 1988. 98 с.

108. J Marek., Standard G., Coll. Czech. Chem. Comm., 19, 1074 (1954).

109. Морачевский А. Г., Смирнова H.A., Балашова И. М. Методы расчета равновесий жидкость пар для целей ректификации. //В сб. Всесоюзная конференция по ректификации.- Уфа: 1978. — С.31 -43.

110. Горелова О. М. Разработка малоотходной технологии производства бензойной кислоты. Дисс .к.т.н. — Барнаул.: 1999, 150 с.

111. Бахтина И. А. Разработка малоотходной технологии производства бутилцеллозольва. Дисс .к.т.н. — Барнаул.: 1998, 190 с.

112. Благов С. А. Автореф. дисс.к.т.н. Барнаул.: 1998, 18 с.

113. Егоров A.A., Сотников В. В. Линейные модели принятия решений при управлении химическими процессами.// Учебное пособие СПТИТУ им Ленсовета. Л.: ЛГУ, 1989. — 32 с.

114. Эйринг Г., Лин С. Г., Лин С. М., Основы химической кинетики. М.: 1983. 187 с.

115. Мозжухин A.C. Принципы построения автоматизированной системы информационного обеспечения равновесными данными (АСИОРД). //В сб. Всесоюзная конфернция по ректификации, Уфа.: 1978. С. 71−79.

116. Майков В. П. Энтропийные методы моделирования технологических процессов. М.: МИХМ, 1982. — 88 с.

117. Майков В. П. Об особенностях статики процесса ректификации на основе теории информации. //В сб. Всесоюзная конференция по ректификации. Уфа.: 1978. С. 25−27.

118. Андриевский В. П., Варганов В. Б., Титаренко Ю. И. Оптимизация разделения компонентов в режиме фронтальной адсорбции. //Химическая промышленность. М.: Химия, № 4, 1990. — С.238 — 241.

119. Плановский А. Н., Рамм В. М., Каган С. З. Процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1968. — 848 с.

120. Крестовников А. Н., Вигдорович В. Н. Химическая термодинамика. -М.: Металлургиздат, 1982. 280 с.

121. Островский Г. М., Волин Ю. М. Моделирование сложных химикотехнологических схем. М.: Химия, 1975. — 312 с. 123.