Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский государственный технологический университет» С.И. Дуев, А.И.Бояринов Теория стационарных континуумов в рециркуляционной системе реактор – блок разделения Казань КГТУ 2010 УДК 66.01-503.4.001.57 ББК 35.115:22.1 Дуев, С. <...> И., Теория стационарных континуумов в рециркуляционной системе реактор – блок разделения – Казань: КГТУ, 2010 - 201 с. <...> Основное внимание уделяется качественному исследованию нового явления в химикотехнологических системах – возможности существования континуума стационарных состояний на режимах с полным использованием исходных и промежуточных реагентов. <...> Предназначена для научных работников и инженеров, занимающихся разработкой и проектированием рециркуляционной системы реактор – блок разделения. <...> Р.М.Рахматуллин ISBN 978-5-7882-0972-2 © С.И. Дуев, А.И.Бояринов, 2010 © Казанский государственный технологический университет 2 ВВЕДЕНИЕ В последние годы возрос интерес к фундаментальным исследованиям в области химической технологии. <...> Одним из эффективных путей решения проблемы сведения к минимуму отходов производства, в частности непрореагировавших исходных и промежуточных продуктов реакций, является технологическое решение химического процесса с использованием рециркуляции непрореагировавших веществ. <...> Однако появление обратной технологической связи в химической системе приводит к возникновению качественно новых свойств системы – 3 множественности стационарных состояний на режимах с полным использованием исходных и промежуточных реагентов. <...> Проводится также исследование устойчивости семейства стационарных состояний и определяется 4 минимальная величина рецикла, при которой возможен режим с полным использованием исходных и промежуточных реагентов. <...> Рассматриваются различные типы множественности стационарных состояний: однопараметрическое <...>
Теория_стационарных_континуумов_в_рециркуляционной_системе_реактор_-_блок_разделения._Монография.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Казанский государственный технологический
университет»
С.И. Дуев, А.И.Бояринов
Теория стационарных континуумов в
рециркуляционной системе реактор –
блок разделения
Казань
КГТУ
2010
Стр.1
УДК 66.01-503.4.001.57
ББК 35.115:22.1
Дуев, С.И.,
Теория стационарных континуумов в рециркуляционной системе
реактор – блок разделения – Казань: КГТУ, 2010 - 201 с.
ISBN 978-5-7882-0972-2
Книга посвящена разработке теории рециркуляционной
системы реактор–блок разделения. Основное внимание уделяется
качественному исследованию нового
явления
в химикотехнологических
системах – возможности существования континуума
стационарных состояний на режимах с полным использованием
исходных и промежуточных реагентов.
Предназначена для научных работников и инженеров,
занимающихся разработкой и проектированием рециркуляционной
системы реактор – блок разделения.
Печатается по решению ред. – изд. совета Казанского
государственного технологического университета
Рецензенты: д-р. техн. наук Р.И.Ибятов
канд. физ. - мат. наук. Р.М.Рахматуллин
ISBN 978-5-7882-0972-2
© С.И. Дуев, А.И.Бояринов, 2010
© Казанский государственный
технологический университет
2
Стр.2
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Анализ рециркуляционных систем
1.1. Системный анализ – основа стратегии
исследования рециркуляционных систем
1.2. Эффективность рециркуляционных систем
1.3. Развитие теории рециркуляции
1.4. Анализ химических процессов с
рециркуляцией
1.5. Методы расчёта и оптимизации
рециркуляционных систем
1.6. Стационарные состояния и устойчивость
химических реакторов с рециркуляцией
Глава 2. Математическое моделирование
рециркуляционной системы «реактор – блок
разделения»
2.1. Общая стратегия построения математических
моделей химико–технологических процессов
2.2. Математические модели реакторных
процессов
2.3. Математическое моделирование блока
разделения
2.4. Математическое моделирование
рециркуляционной системы «реактор – блок разделения»
2.4.1. Математическая модель системы
2.4.2. Стационарные состояния и устойчивость
2.4.3. Стохастическая модель системы
Глава 3. Режим с полным использованием
исходных и промежуточных реагентов
3.1. Условия существования режима
3.2. Критерий
существования
семейства
(континуума) стационарных состояний
3.2.1. Реактор произвольного типа
3.2.2. Реактор идеального смешения
3.2.3.Реакторы с распределёнными параметрами
3.3. Критерий единственности стационарного
состояния в реакторе идеального смешения
3.4. Условия существования различных типов
семейств стационарных состояний в реакторе идеального
198
3
7
7
9
12
15
18
22
31
31
33
36
40
40
43
48
50
50
53
60
62
64
67
Стр.198
смешения
3.5. Исследование устойчивости режима
3.6. Определение минимальной величины рецикла
Глава 4. Анализ числа и типа
множественности стационарных состояний на режиме с
полным использованием исходных и промежуточных
реагентов для различных кинетических схем реакций
4.1. Реакции первого порядка типа:
A B C ,→→
4.2.
B С
A B↔
A+ → + Д , А+ → + →2 Р
A B С
Реакции
В
С
+ → + Д , В С 2→+
А →+
В
Р
4.6. Реакция полимеризации
Глава 5. Исследование числа и устойчивости
семейств стационарны состояний в различных типах
реакторов
5.1. Реакция
B С
Р
случайных
возмущений
5.2. Реакция
реакторе идеального вытеснения
5.3. Реакция
реакторе идеального смешения
5.4. Реакция
A+ ↔2 С в политропическом
A+ →2
A B С2→+
B
B С
реакторе идеального вытеснения
Глава 6. Исследование явления существования
континуума (бесконечного множества) стационарных
значений температуры на режиме с полным
использованием исходных и промежуточных реагентов
6.1. Реакция
A →+ B С
реакторе идеального вытеснения
6.2. Реакция
A →+ B Р,
199
в
в политропическом
A ↔+ B С
реакторе идеального смешения. Учёт запаздывания
рециркулята. Исследование
A+ → → в изотермическом
влияния
в изотермическом
в адиабатическом
102
106
106
111
117
122
127
127
133
второго
Д
порядка
4.3. Последовательно–параллельная
Р
4.4. Реакции типа: A+ + →3
4.5. Параллельная реакция A →+ B С ,
B С P
A B ,→
типа:
реакция
73
75
78
78
82
90
97
99
Стр.199
политропическом реакторе идеального смешения
Глава 7. Анализ динамического поведения
рециркуляционной системы «реактор –
ректификационная колонна»
7.1.
Реакция
B С
A+ →2 ,
С→ в
Р
изотермическом реакторе идеального смешения
7.1.1. Математическая модель рециркуляционной
системы «реактор – ректификационная колонна»
7.1.2. Исследование режимов функционирования
рциркуляционной системы
7.1.3. Численный расчёт системы и анализ
результатов
7.2. Реакция
A+ →2
реакторе идеального смешения
7.3. Реакция
B С в политропическом
A →→B С в реакторе идеального
смешения
7.4. Расчёт рециркуляционной системы реактор –
колонна ректификации
Глава 8. Существование оптимальной
величины рецикла на режиме с частичной
рециркуляцией
8.1. Реакции
A+ →2
Литература
Обозначения
B С
8.2. Реакция A →+ B 2 ,С C→ P
138
138
138
141
146
152
161
170
178
178
182
187
197
200
Стр.200