Ю. А. Комиссаров, К. Ш . Дам
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
МНОГОКОМПОНЕНТНАЯ
РЕКТИФИКАЦИЯ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ СПО
2-е издание, переработанное и дополненное
Рекомендовано Учебно-методическим отделом среднего профессионального образования
в качестве учебного пособия для студентов образовательных учреждений среднего
профессионального образования
Москва  Юрайт  2019
Книга доступна в электронной библиотеке biblio-online.ru,
а также в мобильном приложении «Юрайт.Библиотека»

ISBN 978-5-534-10976-4
© Комиссаров Ю. А., Дам К. Ш., 2013
© Комиссаров Ю. А., Дам К. Ш., 2018,
с изменениями
© ООО «Издательство Юрайт», 2019
Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена
в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.
Правовую поддержку издательства обеспечивает юридическая компания «Дельфи».
УДК 66.048.3(075.32)
ББК 35.111я723
К63
Авторы:
Комиссаров Юрий Алексеевич — доктор технических наук, профессор,
заслуженный работник высшей школы Российской Федерации, профессор кафе-
дры электротехники и электроники факультета инженерной химии Российского
государственного химико-технологического университета имени Д. И . Менде-
леева, лауреат государственной премии Правительства Российской Федерации
в области образования;
Дам Куанг Шанг — кандидат технических наук.
Рецензенты:
Писаренко Ю. А . — доктор технических наук, профессор кафедры химии и тех-
нологии основного органического синтеза отделения наукоемких химических
технологий Института тонких химических технологий имени М. В . Ломоносова
Московского технологического университета;
Теляшев Г. Г. — доктор технических наук, профессор, директор проектно-тех -
нологического института нефтехимических производств.
К63
Комиссаров, Ю. А .
Химическая технология: многокомпонентная рек тификация : учеб. пособие
для СПО / Ю. А. Комиссаров, К. Ш. Дам. — 2-е изд., перераб. и доп. — М . : Изда-
тельство Юрайт, 2019. — 25 5 с. — (Серия : Профессиональное образование).
ISBN 978-5 -534-10976-4
В настоящем учебном пособии рассматривается математическое описание
многокомпонентной ректификации, изучаются методы решения систем уравне-
ний, их описывающих, модели и методы расчета парожидкостного равновесия
многокомпонентной ректификации DISTIM (как отдельных сложных по потокам
пара и жидкости колонн, так и взаимосвязанных систем).
Соответствует актуальным требованиям Федерального государственного
образовательного стандарта среднего профессионального образования и про-
фессиональным требованиям.
Для студентов среднего профессионального образования, обучающихся по хи-
мико-технологическим специальностям.
УДК 66.048.3(075.32)
ББК 35.111я723
Разыскиваем правообладателей и наследников Дам К. Ш .: https://www.biblio-online.ru/inform
Пожалуйста, обратитесь в Отдел договорной работы: +7 (495) 744-00 -12; e-mail: expert@urait.ru

3
Оглавление
Предисловие .................................................................................. 6
Введение...................................................................................... 12
Условные обозначения ................................................................. 16
Глава I. Комьютерное моделирование многокомпонентной
ректификации .............................................................................. 20
1.1 . Некоторые понятия компьютерного моделирования .....................................20
1.2 . Развитие компьютерных программ при расчете
многокомпонентной ректификации .....................................................................25
1.3 . Математическое описание и методы расчёта многокомпонентной
ректификации ...............................................................................................................42
1.4 . Модели фазового равновесия для расчёта многокомпонентной
ректификации ...............................................................................................................52
1.5 . Обеспечение исходной информации для моделирования и расчёта
многокомпонентной ректификации .....................................................................55
Глава II. Термодинамические модели и методы расчёта фазового
равновесия и энтальпии ................................................................ 60
2.1 . Модели расчёта коэффициента парожидкостного равновесия ...................60
2.2 . Модели для коэффициентов активности жидкой фазы ................................69
2.3 . Расчёт давления насыщенного пара ......................................................................77
2.4 . Методы расчёта энтальпии газовой и жидкой фаз ..........................................79
2.5 . Расчёт теплоты парообразования ..........................................................................83
2 6. Определение молярных объёмов жидкости .......................................................84
2.7 . Методы (алгоритмы) расчёта параметров бинарного
взаимодействия по моделям Вильсона, НРТЛ и ЮНИКВАК ...................85
2.8 . Исходные данные для моделирования и расчёта
многокомпонентной ректификации (электронный справочник) ..............89
Глава III. Математические описания, методы и алгоритмы
их решения для расчёта многокомпонентной ректификации в
тарельчатых колоннах .................................................................101
3.1 . Математическое описание модели многокомпонентной ректификации
системной N(2C+3) уравнений MESH ............................................................. 104
3.2 . Математическое описание модели многокомпонентной ректификации
системой N(2C+1) уравнений MESH ................................................................ 107
3.3 . Выбор исходных данных ........................................................................................ 109
3.4 . Основные методы моделирования и расчёта многокомпонентной
ректификации ............................................................................................................ 111
3.4 .1. Последовательное решение системы уравнений MESH ................ 111

4
3.4 .2. Одновременное решение системы уравнений MESH ..................... 113
3.4 .3. Преимущества и недостатки разных подходов к решению системы
уравнений MESH .................................................................................................... 116
3.5 . Метод и алгоритм решения трёхдиагональной матрицы ........................... 118
3.6 . Метод 2N-Ньютона и алгоритм его решения .................................................. 127
3.7 . Метод одновременного решения (Ньютона—Рафсона) системы
уравнений MESH ..................................................................................................... 131
3.8 . Двухконтурный метод (Inside-Out method).................................................... 138
3.8 .1. Система уравнений MESH для двухконтурного метода ................ 140
3.8 .2. Простейшая термодинамическая модель для определения
коэффициентов фазового равновесия и энтальпии фаз ............................ 143
3.8 .3. Завершающие процедуры расчета процесса ректификации по
двухконтурному методу ........................................................................................ 145
3.9 . Метод гомотопии для решения систем уравнений MESH
многокомпонентной ректификации .................................................................. 151
3.9 .1. Решение системы уравнений MESH методом гомотопии ............. 151
3.9 .2. Процедура расчёта процесса ректификации методом
математической гомотопии .................................................................................. 157
3.10. Выбор метода расчёта многокомпонентной ректификации.................... 158
3.11. Расчёт парожидкостного равновесия смесей................................................ 161
3.11.1 . Расчёт температуры кипения жидкости ............................................. 161
3.11.2 . Расчёт температуры точки росы паровой фазы ............................... 162
3.11.3 . Расчёт однократного испарителя при известном давлении и
температуре ............................................................................................................... 162
3.11.4 . Расчёт однократного испарителя
при известном давлении и Ψ ......................................................................... 165
3.11.5 . Расчёт парожидкостного равновесия смеси в питании................. 168
З.12 . Прогноз начальных значений переменных для расчёта
многокомпонентной ректификации .................................................................. 170
3.13. Проектный расчёт ректификационной колонны ........................................ 171
3.14. Минимальное флегмовое число ........................................................................ 175
Глава IV. Программный комплекс «DISTSIM» для расчёта
парожидкостного равновесия и процесса многокомпонентной
ректикфикации ............................................................................183
4.1 . Структура и принцип работы программы DISTSIM ................................... 183
4.2 . Расчёт фазового равновесия по программе DISTSIM в тестовых
примерах ...................................................................................................................... 186
4.3 . Расчёт параметров бинарного взаимодействия для моделей
Вильсона, НРТЛ и ЮНИКВАК методами Гаусса—Ньютона и
Левенберга—Марквардта ...................................................................................... 189
4.4 . Расчёт по программе DISTSIM ректификационных колонн и их
систем в тестовых примерах ................................................................................. 199
Литература .................................................................................223

Рекомендуемая литература ..........................................................230
Новые издания по дисциплине «Химическая технология» и смежным
дисциплинам ...............................................................................232
Приложение А. Метод Томаса решения системы линейных уравнений
в виде трехдиагональной матрицы ...................................................................233
Приложение Б. Фрагмент текста программы DISTSIM .........................236
Приложение В. Список компонентов в таблице данных
по физико-химическим свойствам веществ ...................................................239
Список подпрограмм комплекного обеспечения «DISTSIM» .........250
Инструкция для пользователей программой DISTSIM ...................251

6

7

8

9

10
В результате изучения материалов данного учебного пособия сту-
денты будут:
трудовые действия
• владения навыками расчета параметров бинарного взаимодействия
по моделям Вильсона, НРТЛ и ЮНИКВАК для расчета коэффициента
активности компонентов неидеальных систем;
• основами программного комплекса «DISTSIM» для расчета паро-
жидкостного равновесия и процесса многокомпонентной ректификации;
• методологией исследования и расчета процесса многокомпонент-
ной ректификации для отдельных колонн и взаимосвязанных систем с
целью их энерго- и ресурсосбережения;
необходимые умения
• применять системы уравнений N (C + 3) и N (C + 1) для описания
процесса ректификации;

• использовать алгоритм расчета процесса ректификации по методу
независимого определения концентраций;
• осуществлять проектный расчет ректификационной колонны;
необходимые знания
• компьютерного моделирования многокомпонентной ректифика-
ции;
• термодинамических моделей и методов расчета фазового равнове-
сия;
• методов и алгоритмов их решения для расчета многоступенчатой
ректификации в тарельчатых колоннах.

12

13

14

16

17

18

20

21

22

23

24

25