Разработка энергосберегающей схемы разделения трехкомпонентной азеотропной смеси бензолциклогексан-гексан (стр. 12 из 13)
(обозначения те же, что и в формуле 5.2)
Количество питания, потоки дистиллята и куба в этой колонне при фиксированном соотношении исходная смесь : экстрактивный агент и заданном качестве продуктовых потоков определяются из общего материального баланса схемы, и являются постоянными величинами. Поэтому в данном случае Qкип зависит в основном от флегмового числа, которое, в свою очередь, определяется положением тарелки подачи в колонну исходной смеси.
Таким образом, существует определенный набор рабочих параметров, при котором энергозатраты на разделение минимальны.
· Для колонны экстрактивной ректификации такими параметрами являются: взаиморасположение тарелок подачи в колонну исходной смеси и экстрактивного агента, температура и расход экстрактивного агента, флегмовое число.
· Для колонны регенерации экстрактивного агента: уровень ввода исходной смеси и флегмовое число.
5.4 Анализ работоспособности синтезированных схем разделеня. 
а) Схема П1  |
 |
б) Схема П2
Все расчеты проводили на 1000 кг/час исходной смеси, содержащей 37% масс. ЦГ, 23% масс. бензола, 40% масс. толуола. Полагали также что поток РА содержит 99,96 масс. ДМФА и 0,04 масс. толуола, попадающего в поток РА вместе с рециклом из колонны регенерации.
Параметры работы колонн, расхода РА и число тарелок подбирались методом последовательного сканирования так, чтобы обеспечить наилучшее качество продуктовых потоков. Процесс проводится при условиях вакуума (P=0,1 атм) для того чтобы сдвинуть границу тангециального азеотропа ДМФА – циклогексан (95% масс. ДМФА) и для предотвращения термического разложения РА. [43]
Энергозатраты на разделение и параметры процесса представлены в табл.5, а материальный баланс в Приложении 2.
Таблица 5.
Рабочие параметры простых схем экстрактивной ректификации.
| П1 | П2 | П5 | |||||||
| колонна | Т1 | Т2 | Т3 | Т1 | Т2 | Т3 | Т1 | Т2 | Т3 |
| Qконд, Гкал/час. | -0,3350 | -0,2053 | -0,4191 | -0,3355 | -0,2786 | -0,0643 | -0,1137 | -0,3653 | -0,0747 |
| Qкип, Гкал/час | 0,2791 | 0,4386 | 0,2306 | 0,2786 | 0,3144 | 0,0634 | 0,0876 | 0,5440 | 0,1036 |
| R | 8,5 | 8,6 | 9,9 | 5 | 3,3 | 1,7 | 0,3 | 15,22 | 2,1623 |
| NЭА/NF | 11/14 | 14 | 15 | 11/14 | 9 | 11 | 10 | 7/12 | 1 |
| Nт.т. | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 |
| Q∑кип, Гкал/час | 0,9483 | 0,6564 | 0,7352 | ||||||
На втором этапе мы производили расчет схем ректификации, состоящих из последовательности простая двухсекционная колонна – колонна с боковой секцией и сложная колонна с двумя боковыми секциями. Расчетный эксперимент показал, что в колоннах наблюдается расслаивание жидкой фазы, а значит затруднительно обеспечить равномерный отбор брутто-составов жидкости с тарелки. Поэтому варианты V2.2, Ф2.1, подразумевающие отбор в боковую секцию жидкой фазы, были исключены из расчета. Рассчитанные схемы с частично связанными тепловыми и материальными потоками представлены на рис. 20.
Рис.20. Схемы с частично связанными тепловыми и материальными потоками (V1.1, V1.2, Ф1.1, V2.1, V5.2)
а1) схема V1.1 а2) схема V1.2 а3) схема Ф1.1  |  |
б) схема V2.1
в) схема V5.2
При расчете синтезированных сложных схем, мы закрепляли число тарелок в секциях, а также положение тарелок питания и подачи РА. Параметры работы схем V1.1, V1.2, Ф1.1, V2.1, V5.2 представлены в табл.6-8.
Taблица 6. Рабочие параметры схем-образов П1*
| V1.1 | V1.2 | Ф1.1 | |||||||
| колонна | Т1 | S1.1 | Т2 | Т1 | Т2 | S2.1 | Т1 | S1.1 | S1.2 |
| Qконд, Гкал/час. | -0,274 | -0,1866 | -0,4191 | -0,3355 | -0,2350 | -0,1544 | -0,2113 | -0,1388 | -0,1900 |
| Qкип, Гкал/час | 0,5943 | - | 0,2306 | 0,2791 | 0,6269 | - | 0,5287 | - | - |
| R | 5,2 | 8,6 | 9,9 | 5 | 10 | 2,9 | 3,1 | 3,4 | 3,9 |
| NЭА/NF | 11/14 | -/14 | -/15 | 11/14 | -/14 | -/15 | 11/14 | -/14 | -/15 |
| NS1/NS2 | 20/- | - | - | - | 20/- | - | 20/26 | - | - |
| Nт.т. | 26 | 14 | 20 | 20 | 25 | 15 | 31 | 14 | 15 |
| Q∑кип, Гкал/час | 0,8249 | 0,906 | 0,5287 | ||||||
*NS1 - тарелка отбора в первую боковую секцию; S1 – первая боковая секция; NS2 - тарелка отбора в первую боковую секцию; S2 –вторая боковая секция
∆ - снижение энергозатрат схем образов относительно схем праобразов, %
Taблица 7. Рабочие параметры схемы-образа П2 (V2.1)*
| колонна | Т1 | S1.1 | Т2 |
| Qконд, Гкал/час. | -0,1933 | -0,2311 | -0,0643 |
| Qкип, Гкал/час | 0,4043 | - | 0,0634 |
| R | 4,7 | 2,6 | 1,7 |
| NЭА/NF | 11/14 | -/9 | -/11 |
| NS1 | 20 | - | - |
| Nт.т. | 31 | 9 | 20 |
| Q∑кип, Гкал/час | 0,4677 | ||
Taблица 8. Рабочие параметры схемы-образа П5 (V5.2)*
| колонна | Т1 | Т2 | S2.1 |
| Qконд, Гкал/час. | -0,1137 | -0,1649 | -0,0304 |
| Qкип, Гкал/час | 0,0876 | 0,2200 | - |
| R | 0,9 | 5,8 | 0,7 |
| NЭА/NF | -/10 | 7/12 | -/10 |
| NS1 | - | 20 | - |
| Nт.т. | 20 | 30 | 10 |
| Q∑кип, Гкал/час | 0,3076 | ||
5.6. Обсуждение полученных результатов
Для сравнительного анализа полученных результатов в табл.9 представлены суммарные энергозатраты для всех рассмотренных схем.
Таблица 9.
Сводная таблица полученных результатов по всем рассмотренным схемам.
| П1 | V1.1 | V1.2 | Ф1.1 | П2 | V2.1 | П5 | V5.2 | |
| Q∑кип, Гкал/час | 0,9483 | 0,8249 | 0,9060 | 0,5287 | 0,6564 | 0,4677 | 0,7352 | 0,3076 |
| ∆, % | - | 13,01 | 4,06 | 44,25 | - | 28,75 | - | 58,16 |
Как видно из табл.9 применение связывания тепловых и материальных потоков приводит к существенному снижению суммарных энергозатрат на разделение в процессе экстрактивной ректификации.
Среди образов схемы П1 наименьшими энергозатратами обладает образ Ф1.1, он на 0,4196 Гкал/час (44,25%) менее энергоемок схемы праобраза, на 0,2962 Гкал/час (35,91%) менее энергоемок схемы образа V1.1 и на 0,3773 Гкал/час (41,64%) менее энергоемок схемы образа V1.2. Образ схемы П2V2.1 на 0,1887 Гкал/час (28,75%) менее энергоемок схемы праобраза. И наконец образ схемы П5 V5.2 на 0,4276 Гкал/час (58,16%) менее энергоемок схемы праобраза.