CC BY
12
УДК 548.5
РЕЖИМНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ МНОГОСТУПЕНЧАТОГО КРИСТАЛЛИЗАТОРА “СМЕШЕНИЕ-ВЫТЕСНЕНИЕ” КАСКАДНОГО ТИПА НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ИЗ РАСТВОРОВ
В.А. Цатуров, Е.С. Сливченко, В.Н. Исаев
Ивановский государственный химико-технологический университет
Приведены результаты численного эксперимента режимно-функциональной оптимизации кристаллизатора для непрерывной кристаллизации методом охлаждения в системе “кристалл-раствор”. В работе использована полная математическая модель динамики процесса на основе баланса масс и числа кристаллов, унифицированные модели скорости образования и роста частиц Фольмера-Френкеля, функция распределения твердой фазы по размерам Розина-Раммлера.
При разработке наукоемких технологий кристаллизации с высокоэффективными кристаллизаторами интенсивного действия нового поколения и их оптимизации целесообразно использовать, по нашему мнению, не технико-экономический, а кинетико-экономический критерий (КЭК) [1], отражающий движущую силу процесса — переохлаждение (АТ) кристаллизационной системы (КС). Тогда, исходя из физической сущности массовой кристаллизации — образование и рост кристаллов новой фазы, скорости которых (а, в), всегда имея максимум в координатах "скорость—АТ' при температурах равновесия Т0=еот1, определяют сами по себе оптимум крупности кристаллизуемого вещества (нано-и макрофаза), а в соотношениях между собой — экстремум частного функционала (ф) процесса (скорость фазо-образования ав3; показатели однородности а/в, чистоты а/ав , дисперсности в/а и плотности упаковки решетки кристаллов в/ав3, который определяет их свойства), обеспечивая при отсутствии внешних и внутренних воздействий оптимальные природные режимы функционирования кристаллизатора по ф в границах (АТ1 и АТ2) мета-
стабильности (кластер- и мезофаза) КС. Такой подход позволяет не только обосновать оптимальную комбинированную схему (каскад аппаратов (m) полного смешения (АПС) - один аппарат полного вытеснения (АПВ)) многоступенчатого кристаллизатора, но и, например, провести минимизацию числа ступеней (n), количества и объема аппаратов каждой его n, частного и общего времени кристаллизации; идентифицировать функцию распределения кристаллов по размерам fx), их общее число (N) по всем m и n кристаллизационной установки уже на стадии предварительной структурнофункциональной оптимизации ф, выдерживая при этом его стартовый экстремум по АТэ=у(Т0) как КЭК в каждой n, либо m.
Возрастающие рыночная цена и требования к чистоте и качеству кристаллических веществ и продуктов, получаемых методом кристаллизации, настоятельно рекомендуют в связи с тенденцией увеличения мощности их производства, расширения ассортимента и рынка сбыта применение непрерывного процесса с максимально возможным выходом целевого продукта и использование оптимальных
режимов его ведения, для определения которых необходимо осуществление режимно-функциональной оптимизации, показывающей влияние технологических параметров на основные характеристики кристаллизации (Хтк, Хек, ЕУк - конечные общее время процесса, характерный размер кристаллов, суммарный объем аппаратов кристаллизатора, соответственно).
На основе полной математической модели динамики кристаллизации, разработанной нами ранее [2], и использования ^Гэ (как КЭК) для наиболее типичных промышленных маршрутов пересыщения КС проведены структурно-функциональная и режимно-функциональная оптимизации изо-гидрической кристаллизации медицинского тиаминбромида из водного раствора с применением жидкого абсолютированного этилового спирта (в
качестве примера) в многоступенчатом комбинированном “смешение-вытеснение” кристаллизаторе каскадного типа непрерывного действия по основным и частным ф, для которой а и в соответствуют унифицированной модели Фольмера-Френкеля [3], fx) -Розина-Раммлера. Результаты структурно-функциональной оптимизации (на базе термодинамического выхода продукта) по двум маршрутам (в качестве примера) пересыщения (первый маршрут - охлаждение КС “вода-тиаминбромид” до 0°С с последующим непрерывным добавлением этанола; второй маршрут - однократное введение этанола до его конечной концентрации в КС “вода - тиамин-бромид” и дальнейшее ее охлаждение [4] в однокорпусном АПС емкостного типа периодического действия) представлены в таблице 1.
Таблица 1
Результаты структурно-функциональной оптимизации кристаллизации медицинского тиаминбромида в системе “вода-этанол”
Маршрут Параметры кристаллизатора и процесса кристаллизации Функционалы
а в ав3 AT1 AT2 а/в в/ав3 в/а а/ав
1 п 3 В 5 16 4 3 3 3 В
т 3 3 3 3 3 3 3 3 3
ЕУапс, м3 0,54 0,59 0,57 1,02 0,57 0,54 0,54 0,54 0,59
£¥к, м3 0,70 0,7В 0,75 1,30 0,75 0,70 0,71 0,70 0.7В
Т,к Ц 12 16,2 13,7 39,2 12,6 12,1 12,2 12,1 16,2
(Хе)к, мкм 42,9 В3,7 61,3 11В,В 50,9 42,7 43 42,7 В3,7
zw^io-4 73912 11243 17В4В 4671 33В67 73В27 7392В 73В27 11243
2 n 5 14 В В0 7 5 5 5 14
m 3 3 3 3 3 3 3 3 3
£V.АПС, м3 0,62 1,29 0,В6 2,35 0,75 0,61 0,60 0,61 1,29
V м3 0,В0 1,57 1,0В 3,01 0,91 0,79 0,77 0,79 1,57
ЕТк, ч 12,2 24,7 15,7 66,2 14,6 12,3 12,4 12,3 24,7
(Хе)к, мкм 16,4 2В,5 21 52,4 19,6 16,4 16,5 16,4 2В,5
zw^io-4 63415 59941 611В9 5В2В9 61692 63277 63092 63277 59941
Результаты режимно-функциональной оптимизации (по конечному суммарному выходу продукта (ЕВк) и числу Рейнольдса (Не) как пример) в относительных ве-
личинах (0) по отношению к термодинамическому выходу продукта принятому за единицу для в (первый маршрут) показаны на рисунках 1 и 2.
Анализ таблицы и рисунков показывает:
• эффективность структурно (режим-но)-функциональной оптимизации кристаллизатора на основе КЭК для ф;
• весомую значимость пяти из девяти ф для данной КС (для разных КС возможно разное количество весомых ф); преемственность непрерывного процесса в многоступенчатом кристаллизаторе “смеше-
ние-вытеснение каскадного типа в сравнении с [4];
• преимущество первого маршрута над вторым;
• стремление существенно повысить Хек с целью обеспечения товарного вида кристаллического продукта [5] (при этом также значительно упрощаются проблемы заключительных технологических
стадий его производства (разделение суспензии, промывка и сушка ее кристаллов)) ведет к росту п, Етк и как следствие
ЕУк;
• рациональность исключения (для некоторых ф) АПВ из комбинированной схемы (по техническим и экономическим оценкам) с целью существенного сокращения Етк при незначительном уменьшении ^к, конечных суммарного числа кристаллов (Е^) и ЕBк;
• нецелесообразность достижения высоких значений ЕBк и Re.
ЛИТЕРАТУРА
1. Акаев Я.О. и др. //IV МНК “Кинетика и механизм кристаллизации”, Иваново. 2006. С. 144.
2. Цатуров В.А. и др. //Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2008. Т. 51. Вып. 6. С. 63-65.
3. Сливченко Е.С., Федосов С.В. //Тезисы докладов. МНК “Кинетика и механизм кристаллизации”. Иваново. 2000. С. 26.
4. Шнайдман Л.О. //Производство витаминов. М.: Пищевая промышленность. 1973, 438с.
5. Хамский Е.В. //Кристаллические вещества и продукты. М.: Химия. 1986, 256 с.
ROUTINE - FUNCTION OPTIMIZATION FOR MULTISTAGE CRYSTALLIZER "MELANGE-DISPLACING" CASCADE TYPE AND UNCEASING ACTION FOR CRYSTALLIZATION FROM
SOLUTION
V.A. Caturov E.S. Slivchenko V.N. Isaev
Results of calculation of regime-functional optimization of crystallizer for continuous crystallization by cooling in system “crystal-solution” are given. Complete mathematical model of process dynamics, based on the crystal mass-population balance, transformed Folmer-Frenkel models of crystal nucleation and growth rates, Rosin-Rammler crystal size distribution function were used in this work.
Новые издания
Теория и практика оценочной деятельности
Авторы: Н.В. Смирнова, С.М. Волостнов; ГОУВПО Ивановский государственный химико-технологический университет, Иваново, 2007. 164 с.
Учебное пособие посвящено рассмотрению теоретических вопросов оценочной деятельности в Российской федерации на основе зарубежного и отечественного опыта. Представлены методологические положения по оценке, основы нормативно-правовой базы процесса оценки, его учетно-аналитическое обеспечение. Освещены некоторые основы финансовой математики применительно к оценке, а также особенности оценки предприятий (бизнеса).
По вопросам приобретения обращаться: г. Иваново, ул.Жиделева, д.3, кор. «И»- 5 ИГХТУ, 3 этаж, к. 61,65, тел. (4932) 327-220, 305-888
