Разработка энергосберегающей схемы разделения трехкомпонентной азеотропной смеси бензолциклогексан-гексан (стр. 5 из 13)

Ряд патентов относится к методам регенерации сульфолана из экстрактной и рафинатной фаз в процессе экстракции аренов. Так, вместо острого водяного пара в качестве отпаривающего агента предлагается бутан. Из рафинатной фазы сульфолан рекомендуется адсорбировать на активированном угле, а в качестве десорбентов использовать арены. Удаление сульфолана из экстрактной и рафинатной фаз возможно также адсорбцией силиагелем или активированным оксидом алюминия с последующей десорбцией сульфолана сырьем – катализатом риформинга.

Регенерировать сульфолан предложено диффузией через мембраны. Однако все эти методы регенерации сульфолана не нашли пока промышленного применения.

Из экстрактной фазы сульфолан регенерируют отпариванием углеводородов с острым водяным паром, а из рафинатной фазы – реэкстракцией водой. Для более полного удаления сульфолана предлагается повышать линейную скорость промывной воды: так, при промывке рафинатной фазы, содержащей 2.7% (мол.) аренов и 1.2% (мол.) сульфолана, с линейной скоростью воды 0.3 м/с р рафинате остается 50-100 ppm сульфолана, а при скорости 1.85 м/с -10-12 ppm. Можно увеличить соотношение воды и рафинатной фазы: рафинатьпропускать с линейной скоростью 1.5 -2.4, в то время как для реэкстракции полиалкиленгликолей достаточно молярное соотношение 0.5-1. Возможно применение двухстадийной водной отмывки сульфолана из рафинатной фазы.

Реконструкция блока регенерации сульофлана на заводе в Токуяма (Япония) позволила сократить продолжительность операций по новой технологии на 38.3%.[5]

2.3. Процесс обратимой ректификации, как процесс обладающий минимальной энтропией.

При обычной адиабатической ректификации в колонах конечной протяженности в каждом сечении имеет место неравновесность между паром, поднимающимся с нижележащей ступени контакта, и жидкостью, стекающей с вышележащей ступени. В любом сечении колонн с дифференциальным изменением состава фаз по высоте (пленочные, насадочные) в принятых условиях также наблюдается неравновесность.

В адиабатических ректификационных колоннах бесконечной эффективности как дискретного типа изменения состава фаз, так и непрерывного термодинамическое равновесие достигается только в зонах постоянных концентраций, где процесс ректификации становится обратимым.

Если равновесие фаз имеет место в каждом сечении колонны любого типа, то осуществляется термодинамически обратимый процесс ректификации. Такой процесс характеризуется следующими требованиями:

1. бесконечным числом ступеней разделения, соответствующим каждому составу, лежащему на траектории ректификации;

2. бесконечно малой скоростью изменения контактирующих фаз и их количеств;

3. дифференциальным подводом и отводом тепла по высоте ректификационной колонны;

4. наличием на каждой ступени разделения n-2 распределенных компонентов между кубом и дистиллятом, где n – число компонентов, поступающих на данную стадию.

В процессе ректификации происходит, с одной стороны, изменение энтропии потоков внутри колонны, а с другой стороны, изменение энтропии источника (в кипятильнике) и приемника (в дефлегматоре) тепла. Энтропия потоков внутри ректификационной колонны уменьшается (энтропия продуктов меньше энтропии сырья). Энтропия источника и приемника тепла в сумме увеличивается за счет передачи тепла от источника с высокой температурой к приемнику с низкой температурой. Во всех реальных процессах ректификации увеличение энтропии за счет передачи тепла значительно больше, чем ее уменьшение в самом процессе ректификации за счет процесса разделения. Таким образом, в целом происходит увеличение энтропии, связанное с различными источниками термодинамических потерь (неравномерность на тарелках, смешение потоков в питании и на концах колонны, гидравлические сопротивления, температурные напоры в теплообменниках и т. д.).

Для термодинамически обратимого процесса ректификации суммарное изменение энтропии в самой ректификационной колонне, в источниках и в приемниках тепла должно быть равно нулю [1].

2.4. Способы приближения необратимых процессов ректификации к процессу обратимойректификации.

В силу своих особенностей процесс обратимой ректификации обладает наименьшими энергозатратами, однако не может быть осуществлен на практике. Из приведенных в предыдущем разделе требований для реализации процесса обратимой ректификации на практике полностью может быть осуществлено лишь четвертое. Поэтому в реальных процессах может быть достигнуто лишь приближение к термодинамической обратимости за счет определенных структурных особенностей схемы или усовершенствования массообменных устройств.

2.4.1. Колонны со стриппинг-секциями.

Одним из способов приближения реальных процессов ректификации к термодинамически обратимым является применение колонн со стриппинг-секциями, являющихся примером колонн с частично связанными тепловыми и материальными потоками. Колонна со стриппингом представляет собой сложную колонну с дополнительной боковой отпарной или укрепляющей секцией, снабженной кипятильником или конденсатором соответственно. В стриппинг-секцию подается поток бокового погона, одна часть которого отбирается в качестве продукта, а другая возвращается обратно в главную колонну (см. рис.6). На одной колонне может устанавливаться несколько стриппингов. Колонны со стриппингами более сложны в управлении по сравнению с простыми колоннами, однако позволяют существенно снизить энергозатраты, в связи с чем они получили широкое применения в химической технологии, особенно в процессах переработки нефти.

Рис.6.

Сложные колонны с боковой секцией: а – отпарной, б – укрепляющей.

2.4.2. Многокорпусная ректификация.

Другой способ приближения необратимого процесса ректификации к обратимому – многокорпусная ректификация. Схема установки многокорпусной ректификации изображена на рис.7. Установка состоит из последовательности простых дистилляционных колонн. Поток питания F распределен между колоннами в установке. Особенность процесса заключается в том, что дистиллят предыдущей колонны используется для подогрева куба последующей. Для этого необходимо выполнение условия:

t_D1 > t_W2,

t_D2 > t_W3; (2.3.2.1)

где t_D1 и t_D2 температура дистиллята 1-й и 2-й колонны соответственно, а t_W2 и t_W3 температура куба 2-й и 3-й колонны. Это условие выполняют поддержанием в колоннах разного давления, т. е. P₁ > P₂ > P₃, где P₁, P₂, P₃ – рабочие давления 1-й, 2-й и 3-й колонн соответственно, причем для удобства эксплуатации и управления, давления стараются подбирать так, чтобы давление последней колонны в последовательности было атмосферным. Установки многокорпусной ректификации требуют существенных капиталовложений и имеют ограничения в применении требованием относительно близких температур кипения и термической устойчивости компонентов разделяемой смеси.

Рис. 7.

Разделение бинарной смеси AB в схеме многокорпусной ректификации.