1. Анализ статики нсррп

Под анализом статики совмещенных процессов подразумеваются методы выявления возможных стационарных состояний, установления их характеристик и оценку возможности практической реализации.

Определение всего множества стационарных состояний позволяет оценить предельные возможности совмещенного процесса, выбрать то стационарное состояние, которое в наибольшей степени удовлетворяет требованиям и, в конечном итоге, является базой, на основе которой осуществляется синтез возможных вариантов организации ХТС, включающий совмещенный процесс [8].

Анализ статики НСРРП является общим методом решения поставленных задач вне зависимости от различия конкретных объектов друг от друга. Анализ статики двух составляющих процессов, т.е. химической реакции и ректификации, взятых в отдельности имеет несколько иные задачи. Так, в анализе статики не совмещенного химического процесса определяется предельно возможная степень превращения реагентов. Здесь достаточны сведения из химической термодинамики о равновесии реакции, чтобы получить ответ в каждом конкретном случае [9].

Задачи анализа статики другой составляющей совмещенного процесса (ректификации) следующие:

1. Определение составов и количества фракций, на которые может быть разделена исходная смесь четкой ректификацией.

2. Определение статических параметров процесса ректификации: флегмового числа и теоретического числа ступеней разделения. Для решения этой задачи дополнительно задаются практические условия о допустимом содержании примесей во фракциях (по сравнению с четким разделением). Данная задача относится к статике процесса потому, что может быть решена на основе сведений о термодинамике фазового равновесия и балансовых соотношений.

Как видно, такая задача в анализе статики НСРРП не ставится. Для совмещенных процессов расчеты орошения и эффективности аппарата по разделению не могут быть проведены в общем случае без одновременного и совместного расчета задержки отдельных частей аппарата по фазам реакционной смеси. Расчет последних обязательно связан с рядом динамических характеристик процессов, требует дополнительных физико-химических данных и выводит за рамки собственно статики процесса. Важное значение имеют исследования кинетики химических превращений в концентрированных средах и химического равновесия в многокомпонентных неидеальных системах.

Таким образом, анализ статики совмещенного процесса является более сложной задачей, чем анализ его составных частей [8].

2. Математическое моделирование реакционно-массообменных процессов

После того, как в результате анализа статики совмещенного процесса показаны его статические возможности, в том числе, и предельные, приступают к исследованию возможности практической реализации предсказанных стационарных состояний с учетом реальных ограничений на процесс.

Необходимость данного этапа обусловлена рядом причин, основной из которых является то, что модель, принятая при проведении анализа статики, часто не соответствует реальным условиям проведения процесса, поэтому результаты, полученные на ее основе, требуют дополнительной корректировки.

В качестве модели, позволяющей решить указанные задачи, обычно используют систему дифференциальных, интегро-дифференциальных или алгебраических уравнений, выражающих материальный и энергетический балансы, а также характеризующие условия фазового равновесия, химического превращения, межфазного переноса.

Существующие методики решения нелинейных уравнений совместно с рядом ограничений можно разбить на две группы. Эти группы отличаются тем, какие переменные выбраны в качестве базовых или основных при проведении расчета: концентрации компонентов (или мольные потоки компонентов) на каждой из ступеней контакта или концентрации компонентов в продуктовых потоках [8].

В зависимости от выбранных переменных, процедура расчета сводится либо к одновременному решению систем уравнений материального и энергетического баланса, записанных для каждого компонента (переменные – концентрации (мольные потоки) компонентов на каждой ступени), либо к последовательному расчету от тарелки к тарелке одновременно с низа и с верха колонны до какого-либо сечения (переменные – составы продуктовых потоков). В настоящее время наиболее распространены методы, основанные на одновременном решении уравнений материального и энергетических балансов. Помимо того, что данные методы являются более удобными, они исключают возможность накопления ошибок, свойственных методам расчета от тарелки к тарелке.

Методы одновременного решения (коррекции) системы уравнений (метод Ньютона, квазиньютоновские методы, а также их различные разновидности) используются для решения всех уравнений по отношению ко всем переменным на каждой итерации. Опыт работы с различными методами расчета совмещенных процессов убеждает в том, что последние являются наиболее надежными [8].