авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 ||

Моделирование изогидрической кристаллизации медицинского витамина b1 из водно-этанольных растворов в кристаллизаторе непрерывного действия

-- [ Страница 3 ] --

В качестве примера, изменение основных характеристик процесса кристаллизации по аппаратам многоступенчатого кристаллизатора “смешение-вытеснение” для 2-го маршрута (таблица 3) при закладывании в ступенях кристаллизатора переохлаждений, соответствующих максимальным значениям , представлено на рис. 5.

 зменение основных характеристик-22

Рис. 5 Изменение основных характеристик процесса кристаллизации по аппаратам прямоточного, многоступенчатого кристаллизатора “смешение-вытеснение”.

Анализ расчетных данных показал: 1) эффективность оптимизации кристаллизатора на основе КЭК; 2) весомую значимость пяти из девяти для данной кристаллизационной системы; 3) оптимальное число АПС в ступени кристаллизатора равно трем; 4) преимущество 1-го маршрута над остальными за счет увеличения (xe)к; 5) стремление существенно повысить конечный размер кристаллов (xe)к (без ввода затравки) с целью обеспечения товарного вида кристаллического продукта ведет к росту числа ступеней (p) кристаллизатора, конечного общего времени процесса к и как следствие конечного суммарного объема аппаратов кристаллизатора Vк; 6) существенная эффективность (резкое сокращение числа ступеней кристаллизатора, Vк, к при минимальном снижении (xe)к) 6-го маршрута по сравнению с остальными в технологии, где есть возможность дальнейшего использования маточного раствора (в качестве затравки, например), содержащего значительное количество целевого продукта (т. е. если не вести процесс до Tк); 7) нецелесообразность ведения процесса с точки зрения его интенсификации при значениях Bп>95% и Re>15000.

Следующий раздел четвертой главы посвящен разработке методики общего анализа на устойчивость процесса кристаллизации в АПС непрерывного действия, включающей построение границ устойчивости в области варьирования и ; численный эксперимент идентификации осцилляции КС за пределами её устойчивого состояния после снятия нанесенного на нее возмущения на начальном отрезке времени; оценку амплитуды, частоты и периода затухания колебаний характеристик процесса с целью обоснования выбора интенсивного режима работы и конструктивного оформления кристаллизатора. Предлагаемая методика базируется на математической модели (5) непрерывной кристаллизации из растворов, 1-ом методе Ляпунова и неравенствах Рауса-Гурвица; методе Рунге-Кутта численного решения нелинейных систем; любых моделях и .

Область численного исследования системы (5) определяется из условий устойчивости (1-й метод Ляпунова и неравенства Рауса-Гурвица) при применении обобщенных переменных , . При этом по коэффициенту затухания амплитуды гранулометрического состава кристаллов устанавливаются зависимость периода колебаний Bп и xe и их отклонений от доли максимально возможного относительного равновесного пересыщения раствора при различных концентрациях этилового спирта, области устойчивой работы АПС, представленные на рис. 6, и характер влияния технологических параметров на их размеры. Было определено, что область устойчивой работы АПС расширяется при уменьшении T; сужается при учете влияния размера кристалла на , с ростом Cсп, Re, C, доли массы суспензии, занятой твердой фазой, удельной подачи этилового спирта.

Так как существующая технология получения МТБ имеет многочисленные недостатки и является периодической, мы предлагаем такую схему получения МТБ, по которой не только повысились бы выход и качество продукта, но и непрерывно проходили операции высаживания, отделения твердой фазы от маточного раствора, промывки и сушки кристаллов, до минимума снизились потери продукта, уменьшились трудоемкость и длительность всего цикла получения МТБ.

Согласно предлагаемой схемы противоточной кристаллизационной установки непрерывного действия, представленной на рис. 7, водный раствор МТБ (сечение 0) подается в многоступенчатый кристаллизатор “смешение-вытеснение” А, где он смешивается с этиловым спиртом (сечение 1). Полученная суспензия (сечение 2) отделяется от маточного раствора на продукционных гидроциклонах В и С (сечения 4 и 5). Маточный раствор (сечение 5) направляется на регенерацию спирта, а отводимая пульпа (сечения 3 и 6) в смесителях Е и D (сечения 8 и 9) промывается абсолютным этиловым спиртом, который подается при определенной температуре (сечение 7), и повторно сгущается на гидроциклоне F. Маточный раствор с “затравкой” (сечение 11) направляется в кристаллизатор, отводимая пульпа (сечение 10) - в распылительную сушилку G.

Основные результаты и выводы по работе.

1. Разработаны математическая модель прямоточного, многоступенчатого кристаллизатора “смешение-вытеснение” непрерывного действия на основе скорости изменения концентрации пересыщенного раствора dC/d при изогидрической кристаллизации МТБ из водного раствора методом высаживания этиловым спиртом, а также математическая модель непрерывной кристаллизации из растворов на базе баланса масс и числа кристаллов, моментов функции их распределения по размерам, соответствующей виду Розина-Раммлера.

2. Выполнено экспериментальное исследование кинетики процесса кристаллизации системы “МТБ-H2O-C2H5OH”. Получены кинетические уравнения для скоростей образования , роста кристаллов и изменения концентрации пересыщенного раствора dC/d. Унифицирована классическая математическая модель скоростей образования и роста кристаллов Фольмера-Френкеля и установлен ее явный вид для исследуемой системы.

3. Создана методика инженерного расчета прямоточного, многоступенчатого кристаллизатора “смешение-вытеснение” непрерывного действия. Обоснованы основные этапы расчета:

а) определение оптимального количества ступеней кристаллизатора на базе КЭК, отражающего максимальную движущую силу процесса — переохлаждение кристаллизационной системы;

б) расчет структуры ступени кристаллизатора, объемов аппаратов и времени пребывания раствора в них на основе скорости изменения концентрации пересыщенного раствора dC/d;

в) расчет гранулометрических характеристик получаемого продукта на базе скоростей образования и роста кристаллов;

4. Разработана универсальная методика построения границ устойчивости процесса кристаллизации в АПС, работающего в стационарном режиме.

5. Результаты оптимизации непрерывной кристаллизации МТБ в устойчиво функционирующем прямоточном, многоступенчатом кристаллизаторе “смешение-вытеснение” показали приоритетность ведения процесса по маршруту с подогревом кристаллизационной системы между его ступенями.

Основные обозначения, принятые в работе: – скорость образования кристаллов, шт/м3·с; () - сомножитель функций (), зависящий от пересыщения, отнесенный к таковому в равновесном режиме; 3 - валовая скорость фазообразования; /, /3, /, /3 – показатели однородности, чистоты, дисперсности, свойств кристаллов; – скорость роста кристалла, м/с; т — плотность вещества кристаллов, кг/м3; с – плотность суспензии, кг/м3;  — поверхностное натяжение на границе фаз, Дж/м2; – текущее время, с; - среднее время пребывания элементов потока в аппарате, с; АПС(АПВ)- время пребывания суспензии в АПС(АПВ), с; к - конечное общее время кристаллизации, с; - кинетический функционал кристаллизации; A, A, D, D - частные комплексы физико-химических свойств системы, град; B - предэкспоненциальный множитель, м/с; Bп - выход продукта, масс.%; b – показатель степени размера кристалла; С - текущая концентрация вещества в растворе, масс.

%; Cр – растворимость, масс.%; Ст – концентрация твердой фазы, масс. %; Cвх(вых) - концентрации вещества в растворе на входе (выходе) аппарата, масс.%; Ссп – концентрация спирта, масс. %; (Cсп)к - конечная концентрация спирта, масс.%; C - абсолютное пересыщение, масс. %; c – текущее пересыщение раствора, отнесенное к исходному; - относительное пересыщение раствора в равновесном режиме; dвн - внутренний диаметр труб АПВ, м; f(x) – функция распределения кристаллов по размерам, шт/кг·м; Gс– расход суспензии, кг/с; Gп – производительность установки по продукту, кг/с; H(x) – функция распределения скоростей роста кристаллов по размерам; Н, Н — энергии активации, Дж/моль; Kv – объемный коэффициент кристалла; K'– константа; K(K) - масштабный множитель (); k – число АПС в каскаде; L - предэкспоненциальный множитель, шт/м3·с; М — молекулярная масса, кг/моль; Ml – моменты функции распределения кристаллов по размерам; Mlвх – моменты функции распределения кристаллов по размерам во входном потоке аппарата; mp – коэффициент, учитывающий разную удельную стоимость единицы объема АПС и АПВ; N – число кристаллов, шт/кг; Nк – конечное суммарное число кристаллов, шт/кг; N0 — число Авогадро, моль-1; n=1-b - характеристика однородности кристаллов функции распределения по размерам, соответствующей модели Розина-Раммлера; p – число ступеней кристаллизатора; q — мольная теплота кристаллизации, Дж/моль; R — универсальная газовая постоянная, Дж/моль·K; Re – число Рейнольдса; T – текущая температура, K; T0 – температура насыщения, K; Tк – конечная температура, K; Tн – начальная температура, K; T - абсолютное переохлаждение, град; Т1(2) – первая (вторая) граница спонтанной кристаллизации, град; Тmax(min)– переохлаждение, соответствующее максимальному (минимальному) значению , град; VАПС(VАПВ) – объем АПС(АПВ), м3; Vпр – объем, приведенный с учетом разной удельной стоимости единицы объема АПС и АПВ, м3; Vк – конечный суммарный объем аппаратов кристаллизатора, м3; VАПС - суммарный объем АПС кристаллизатора, м3; x – эквивалентный диаметр кристалла, м; xe - характерный размер кристалла функции распределения по размерам, соответствующей модели Розина-Раммлера, м; (xe)к - конечный характерный размер кристаллов, м.

Индексы: вх. – входное значение; вых. – выходное значение; к. – конечное значение; н. – начальное значение; п. – продукт; пр. – приведенное значение; сп. – спирт; т. – твердая фаза; с. – суспензия; вн. – внутренний; ср. – среднее значение; max – максимальное значение; min – минимальное значение.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Цатуров, В.А. Математическая модель прямоточного многоступенчатого кристаллизатора полного смешения каскадного типа/ В.А. Цатуров, Е.С. Сливченко, А.П. Самарский, В.Н. Исаев // Изв. ВУЗов, «Химия и хим. технология».- 2008.- Т. 51.- № 6.- С. 63-65.

2. Цатуров, В.А. Структурно-функциональная оптимизация комбинированной схемы “смешение-вытеснение” многоступенчатого кристаллизатора каскадного типа/ В.А. Цатуров, Е.С. Сливченко, А.П. Самарский, В.Н. Исаев // Изв. ВУЗов, «Химия и хим. технология».- 2009.- Т. 52.- № 2.- С. 118-121.

3. Цатуров, В.А. Режимно-функциональная оптимизация многоступенчатого кристаллизатора “смешение-вытеснение” каскадного типа непрерывного действия для кристаллизации из растворов/ В.А. Цатуров, Е.С. Сливченко, В.Н. Исаев //Журнал. «Современные наукоемкие технологии». Региональное приложение.- Иваново.- 2008.- №3.- С. 77-80.

4. Цатуров, В.А. Декомпозиционный подход оптимизации кристаллизационных установок/ В.А. Цатуров, Е.С. Сливченко, В.Н. Исаев, Я.О. Акаев // Сборник трудов XX Межд. науч. конф. «Математические методы в технике и технологии ММТТ - 20».- Ярославль.- 2007.- Т. 2.- С. 113-115.

5. Цатуров, В.А. Моделирование как инструмент кинетической оценки природной способности фазообразования/ В.А. Цатуров, Е.С. Сливченко, В.Н. Исаев // Сборник трудов XXI Межд. науч. конф. «Математические методы в технике и технологии ММТТ - 21».- Саратов.- 2008.- Т. 5.- С. 68-69.

6. Цатуров, В.А. Управление непрерывным процессом изогидрической кристаллизации с применением жидкого высаливающего агента/ В.А. Цатуров, Е.С. Сливченко, В.Н. Исаев // Сборник тезисов докл. V Межд. науч. конф. «Кинетика и механизм кристаллизации. Кристаллизация для нанотехнологий, техники и медицины».- Иваново.- 2008.- С. 195.

7. Сливченко, Е.С. Осцилляция кристаллизации из растворов/ Е.С. Сливченко, В.Н. Исаев, В.А. Цатуров // Сборник тезисов докл. V Межд. науч. конф. «Кинетика и механизм кристаллизации. Кристаллизация для нанотехнологий, техники и медицины».- Иваново.- 2008.- С. 30.

8. Цатуров, В.А. Устойчивость режимов работы ячейки полного смешения как аппаратурно-процессной единицы кристаллизатора. / В.А. Цатуров, Е.С. Сливченко, В.Н. Исаев // Журн. “Современные наукоемкие технологии”. Региональное приложение. Иваново. - 2009. - №1. С. 61-70.

9. Цатуров, В.А. Маршрутно-функциональная оптимизация многоступенчатого кристаллизатора “смешение-вытеснение” каскадного типа непрерывного действия для кристаллизации из растворов. / В.А. Цатуров, Е.С. Сливченко, В.Н. Исаев //Журн. “Современные наукоемкие технологии”. Региональное приложение. Иваново. - 2009. - №2. - С. 58-62.

10. Цатуров, В.А. Оптимизация многоступенчатого комбинированного кристаллизатора каскадного типа непрерывного действия. / В.А. Цатуров, Е.С. Сливченко, В.Н. Исаев // Сборник трудов XXII Межд. науч. конф. “Математические методы в технике и технологии ММТТ – 22”.- Псков.- 2009.- Т. 10.- С. 134-136.



Pages:     | 1 | 2 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.