Разделение смеси бензол – циклогексан – этилбензол – н-пропилбензол экстрактивной ректификацией (стр. 7 из 9)

Расчет проводили на 100 моль/час исходной смеси, содержащей бензол-циклогексан-этилбензол-н-пропилбензол, эквимолярного состава. Эффективность колонн задавали равной 20 т.т. Качество продуктовых фракций – 99%мольн. целевого компонента, за исключением фракции регенерированного анилина (содержание экстрактивного агента 99,9%мольн.).

На первом этапе, закрепив соотношение исходной смеси и экстрактивного агента (1:2), мы исследовали влияние температуры подачи анилина на энергетические затраты. Диапазон исследуемых температур закрепили в интервале 60–100 °С с шагом 10 °С. Для каждой из установленных температур определили оптимальное положение тарелок питания и ввода экстрактивного агента. Результаты расчета приведены в табл.5.

Таблица 5.

Изменение энергозатрат в зависимости от температуры подачи экстрактивного агента. F:ЭА = 1:2

Температура подачи ЭА, °С	N_ЭА/N_F	Флегма колонны 1	Энергозатраты, ГДж/ч
			Колонны 1		Суммарные
100	4/11	1,450	2,558	37,326
90	4/11	0,983	2,561	37,285
80	4/10	0,642	2,642	37,375
70	5/14	0,261	2,675	37,596
60	4/12	0,172	2,905	37,805

Рис.8. Изменение энергозатрат в зависимости от температуры подачи ЭА

Видно, что при изменении температуры подачи ЭА оптимальное положение уровня подачи ЭА практически не изменяется. Флегмовое число уменьшается с уменьшением температуры. Это связано с тем, что при более высокой температуре возрастает концентрация анилина в укрепляющей секции колонны и для получения циклогексана заданного качества требуется возвращать в колонну больший поток флегмы. Зависимость суммарных энергозатрат от температуры имеет экстремальный характер – минимальные знергозатраты наблюдаются при температуре подачи ЭА 90 ⁰С, что видно из рисунка 8.

Изменение энергозатрат на разделение при разных температурах подачи экстрактивного агента можно объяснить, рассмотрев уравнение теплового баланса (9). Члены уравнения Q_конд и Q_ЭА зависят от Т_ЭА. С одной стороны, с ростом температуры анилина происходит увеличение флегмового числа и затрат на конденсацию (Q_конд), а с другой стороны, увеличивается количество тепла, приносимое потоком ЭА в колонну (Q_ЭА). Очевидно, что увеличение Q_конд приводит к росту энергопотребления в кубе, а увеличение Q_ЭА — к его снижению. По полученным результатам для экстрактивной колонны можно сказать, что снижение энергозатрат за счет увеличения теплосодержания ЭА практически во всех случаях, превышает их рост за счет увеличения затрат на конденсацию.

Далее мы рассмотрели зависимость энергозатрат на разделение от температуры и расхода ЭА, определив на предыдущем этапе оптимальные уровни подачи входящих потоков экстрактивной колонны, а также температуру ввода разделяющего агента, закрепив их, мы исследовали влияние расхода ЭА на энергозатраты. Результаты представлены в табл. 6 и на рис. 9.

Таблица 6. З

Зависимость энергозатрат от расхода ЭА при температуре его подачи 90ºС. Уровни подачи N_ЭА/N_F = 4/11

Расход ЭА, моль/час	Флегма колонны 1	Энергозатраты,ГДж/ч
Расход ЭА, моль/час	Флегма колонны 1	Колонны 1	Суммарные
50	1,420	2,315	24,400
60	1,500	2,316	23,140
70	1,519	2,318	22,870
80	1,521	2,321	22,890
90	1,514	2,329	22,960
100	1,515	2,338	22,950

Из приведенных данных видно, что энергозатраты экстрактивной колонны не чувствительны к изменению расхода ЭА. В общем, уменьшение расхода разделяющего агента со 100 до 50 моль/час приводит к колебаниям значений суммарных энергозатрат на

разделение в пределах 6%. Однако для всей схемы в целом наблюдается экстремальная зависимость энергозатрат с минимумом при расходе ЭА, равным 70 моль/час.

Рис.9. Зависимость энергозатрат от расхода ЭА при температуре его подачи 90 ^оС

Появление минимума на зависимости суммарных энергозатрат от расхода ЭА можно легко объяснить, если рассмотреть изменение численного соотношения величин Q_ЭА, Q_W и Qконд в уравнении теплового баланса (8) С уменьшением расхода анилина увеличивается флегмовое число и, соответственно, энергозатраты на конденсацию. Наряду с этим уменьшается количество тепла, приносимое в колонну с потоком экстрактивного агента. Это приводит к росту Qкип. С другой стороны, за счет уменьшения кубового потока происходит снижение Q_W, а следовательно и Qкип.

Далее мы проделали подобную процедуру для каждого значения температуры ЭА и определили оптимальный расход экстрактивного агента, при котором наблюдаются минимальные нагрузки на кипятильники колонн. Результаты представлены в табл. 7.

Таблица 7. Зависимость энергозатрат от расхода ЭА при разных температурах подачи ЭА

Температура подачи ЭА, °С	Опт. расход ЭА, моль/час	Флегма колонны 1	Энергозатраты,ГДж/ч
Температура подачи ЭА, °С	Опт. расход ЭА, моль/час	Флегма колонны 1	Колонны 1	Суммарные
100	60	1,724	2,338	22,967
90	70	1,519	2,318	22,870
80	70	1,328	2,341	22,967
70	70	1,113	2,334	21,914
60	70	0,991	2,344	22,738

В общем, флегмовое число уменьшается с уменьшением температуры. Минимальные энергозатраты наблюдаются при оптимальном расходе 70 моль/час и температуре подачи ЭА 70⁰С. Далее мы определили величину минимального и оптимального расхода разделяющего агента от его температуры и положения тарелок питания. При этом для каждого набора параметров фиксировали энергозатраты на разделение. Результаты представлены в табл. 8.

Таблица 8.

Зависимость величины минимального и оптимального расхода ЭА от его температуры и положения тарелок питания

N_ЭА/N_F	Расход ЭА, моль/час		Флегма Т1 при опт. расходе	Энергозатраты при опт. расходе ЭА, ГДж/час		Энергозатраты при мин. расходе ЭА, ГДж/час
N_ЭА/N_F	Опт.	Мин.	Флегма Т1 при опт. расходе	Колонна 1	Суммарные	Колонна 1	Суммарные
Т_ЭА=60⁰С
4/10	80	50	1.750	2.357	22.912	2.357	22.936
4/11	80	50	1,728	2,339	22,893	2,337	22,978
4/12	50	50	1,765	2,457	23,333	2,457	23,333
5/10	50	50	1,870	2,457	23,333	2,457	23,333
5/11	60	50	1,764	2,372	23,217	2,371	23,255
5/12	50	50	1,770	2,378	23,239	2,378	23,239
Т_ЭА=70⁰С
4/10	60	50	1,544	2,358	22,880	2,356	22,962
4/11	70	50	1,521	2,340	22,869	2,338	22,940
4/12	70	50	1,563	2,374	22,906	2,370	22,996
5/10	100	50	1,555	2,425	23,051	2,455	23,330
5/11	70	50	1,550	2,372	23,196	2,371	23,250
5/12	60	50	1,558	2,378	23,210	2,378	23,238
Т_ЭА=80⁰С
4/10	60	50	1,349	2,360	22,885	2,359	22,920
4/11	60	50	1,327	2,342	22,860	2,342	22,867
4/12	50	50	1,370	2,377	22,889	2,377	22,889
5/10	70	50	1,451	2,455	23,306	2,453	23,376
5/11	90	50	1,348	2,373	23,194	2,373	23,221
5/12	90	50	1,357	2,380	23,207	2,378	23,284
Т_ЭА=90⁰С
4/10	60	50	1,171	2,360	22,822	2,358	22,883
4/11	60	50	1,146	2,340	22,870	2,341	22,841
4/12	50	50	1,191	2,375	22,850	2,376	22,850
5/10	90	50	1,263	2,452	23,261	2,449	23,335
5/11	90	50	1,160	2,370	23,180	2,370	23,210
5/12	90	50	1,170	2,378	23,188	2,378	23,204
Т_ЭА=100⁰С
4/10	50	50	1,003	2,359	22,843	2,359	22,843
4/11	70	50	0,991	2,344	22,738	2,342	22,827
4/12	50	50	1,023	2,376	22,860	2,376	22,860
5/10	50	50	1,095	2,452	23,226	2,452	23,226
5/11	60	50	0,992	2,371	23,155	2,371	23,177
5/12	50	50	0,999	2,379	23,183	2,379	23,183

Как видно из таблицы 8, минимальные энергозатраты в кипятильниках колонн обеспечиваются при следующих значениях рабочих параметров: температуре подачи ЭА 100⁰С, расходе ЭА 70 моль/час, уровнях подачи экстрактивного агента и исходной смеси на 4 и 11 тарелки соответственно.