8. Выявление условий работоспособности простейшего комплекса

Распространение в практике разделения азеотропных смесей схем с рециклами определяет необходимость выявления в общем виде условий стационарности работы комплексов.

Работоспособность технологических схем разделения с рециклами при выбранном методе и закрепленном заданном разделении определяется соответствием топологии и геометрии диаграммы фазового равновесия структуре комплекса аппаратов, предназначенных для разделения. Как известно, топология определяет принадлежность системы к тому или иному фазовому портрету диаграммы, а геометрия - величину областей ректификации, а также конфигурацию границ областей и траекторий процесса разделения.

Комплекс любой структуры при подаче смеси брутто-состава в его начальную точку всегда имеет вполне определенное стационарное состояние, которое, однако, либо соответствует, либо не соответствует заданному разделению. Заданное разделение комплекса определяется его материальным балансом, выражаемым следующим уравнением (для химически инертных компонентов): вход - выход = накопление. В стационарном состоянии член накопления равен нулю. В самом простом варианте стационарное состояние комплекса определяется поколонным расчетом с использованием релаксационной методики. Если в процессе итерационного счета заданное разделение достигнуто и член накопления равен нулю, задача решена. Если при равенстве нулю члена накопления заданное разделение не достигнуто, необходимо перейти к другому, более сложному комплексу. Поколонный многократный расчет устанавливает возможность сходимости материального баланса, но он не вскрывает причин разбаланса и поэтому не может служить основой для создания методики, позволяющей однозначно предсказывать: соответствует ли структуре комплекса и структуре фазовой диаграммы заданное разделение.

Стационарное состояние разделительного комплекса обеспечивается условием соблюдения материального баланса в различных пространственно - временных контурах (далее просто контур), часть из которых охватывает отдельные аппараты, часть - несколько аппаратов. При этом принципиальным является выделение определяющих контуров, в которых составы входящих и выходящих потоков закреплены (в первую очередь ограничены термодинамикой парожидкостного равновесия) и наблюдается объединение потоков питания с рецикловыми потоками. Каждый такой контур ориентирован на выделение из исходной смеси (или объединенной брутто-смеси) двух или более фракций другого состава. Таким образом, точка состава исходной смеси является центром тяжести некоторого балансового симплекса (или балансового комплекса) с вершинами, соответствующими составам выделенных фракций. Необходимо отметить, что целевое назначение схемы в целом отражается результирующим балансовым симплексом, центром тяжести которого будет точка состава исходной смеси F₀ , а вершинами - точки чистых компонентов, т.е. балансовый симплекс в данном случае совпадает с концентрационным.

Балансовый симплекс большей размерности можно свести к симплексу меньшей размерности, что определяется разной записью уравнений материального баланса контура. В концентрационном симплексе любой конкретной системы можно построить балансовую сеть, которая является геометрической интерпретацией уравнений материальных балансов и учитывает ограничения фазовой диаграммы.