При увеличении БО со 120 до 140 кг/ч суммарное изменение первых двух факторов составляет 6,9 МДж/ч, а уменьшение QW – 3,0 МДж/ч. В результате Qкип увеличивается. При увеличении БО со 140 до 170 кг/ч суммарное изменение Qконд2 и QЭА приблизительно равно уменьшению QW, поэтому Qкип практически не изменяется. Далее при увеличении БО со 170 до 200 кг/ч происходит незначительное увеличение Qкип, так как суммарное изменение Qконд2 и QЭА несколько больше снижения QW.
Из проведенных нами расчетов видно, что минимальное энергопотребление обеспечивается при следующих значениях рабочих параметров:
1) оптимальное положение тарелок питания и отбора NЭА/NF/NБО = 4/11/24;
2) количество потока, отбираемого в боковую секцию 120 кг/ч;
3) соотношение F:ЭА = 1:3,5;
4) флегмовое число в основной колонне 1,9;
5) флегмовое число в боковой секции 1,2.
Энергозатраты на разделение 100 кг/ч исходной смеси составляют 147,3 МДж/ч, потери ДМФА 0,22 г/кг исх. смеси.
В таблице 3.7 приведены оптимальные рабочие параметры и энергопотребление двухколонного комплекса (традиционная схема) ЭР смеси ацетон - хлороформ азеотропного состава и сложной колонны с боковой секцией.
Таблица 3.7.
Оптимальные рабочие параметры и энергопотребление двухколонного комплекса ЭР смеси ацетон - хлороформ азеотропного состава и СК с БС.
| Двухколонный комплекс | СК с БС |
| F:ЭА = 1: 3,5 | F:ЭА = 1: 3,5 |
| NЭА/NF = 4/10 | NЭА/NF/NБО = 4/11/24 |
| R в экстр. колонне 2,2 | R в основной колонне 1,9 |
| R в колонне регенерации 3,6 | R в боковой колонне 1,2 |
| Qкипсум=198,9 МДж/ч | Qкип=147,3 МДж/ч |
| ∆Qкип=25,9 % | |
Видно, что оптимальный удельный расход ДМФА и положение тарелок подачи питания и ЭА практически совпадают для обеих схем. Следовательно, результаты параметрической оптимизации экстрактивной колонны традиционной схемы, могут служить хорошим начальным приближением при подборе оптимальных рабочих параметров СК с БС. Флегмовое число в основной колонне несколько меньше, чем в экстрактивной колонне традиционной схемы. Вероятно, это связано с тем, что роль дополнительной флегмы выполняет поток жидкости, возвращаемый из БС в основную колонну. Выделение хлороформа в боковой секции СК требует существенно меньшего количества флегмы, чем в колонне регенерации традиционной схемы. Это связано с тем, что в БС поступает паровой поток с высокой концентрацией хлороформа (≈75% мас.), а в колонну регенерации поступает его сильно разбавленная смесь с ЭА (концентрация ЭА > 80% мас.).
Видно, что затраты тепла в кубе сложной колонны меньше суммарных энергозатрат в кипятильниках двухколонного комплекса. Снижение энергоемкости составляет 25,9%.
4. ВЫВОДЫ.
Таким образом:
1) определены оптимальные по критерию энергозатрат рабочие параметры ЭР смеси ацетон - хлороформ азеотропного состава в СК с боковой укрепляющей секцией;
2) установлено, что результаты параметрической оптимизации экстрактивной колонны традиционной схемы являются хорошим приближением для параметрической оптимизации СК с БС;
3) показано, что проведение ЭР смеси ацетон – хлороформ азеотропного состава в сложной колонне с боковой укрепляющей секцией обеспечивает снижение энергоемкости процесса на 25,9% по сравнению с двухколонным комплексом.
5. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.
1. А.с. №1366173 Способ разделения смеси ацетон-хлороформ азеотропного состава /Павленко Т.Г., Фролкова А.К., Пирог Л.А., Кареева В.М., Тимофеев В.С. -1988 г.
2. Патент №2207896 Способ разделения смеси ацетон-хлороформ азеотропного состава экстрактивной ректификацией / Тимошенко А.В., Анохина Е.А., Тимофеев В.С. — Приоритет от 21.03.2002, опубл. 10.07.2003, бюл. № 19.
3. Айнштейн В.Г., Захаров М.К., Носов Г. А. и др. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии, в 2 книгах, книга 2. Под ред. проф. Айнштейна В.Г. М.: Химия, 2000. 1760 с.
4. Тимофеев В.С., Серафимов Л.А. Принципы и технологии основного органического и нефтехимического синтеза. М.: «Высшая школа» 2003. –536 с.
5. Коган В.Б. Азеотропная и экстрактивная ректификация. - Л.: Химия, 1971, 432 с.
6. Патент №2091362 Способ получения изопрена / Чуркин В.Н., Павлов С.Ю., Суровцев А.А., Карпов О.П., Бубенков В.П., Павлов О.С., Тульчинский Э.А., БИ №27, 1997.
7. Патент 976630 Способ очистки изопрена / Чуркин В.Н., Горшков В.А., Елифантьева Н.В., Бутин В.И., №2986343/04; Заявл. 20.06.1980; опубл.27.07.2000
8. Балашов А.Л., Чубаров С.М., Авдошин Г.А. Способ выделения и очистки 1,3-диоксолана. Нижегородский технический университет-1997, № 1.
9. А.с. №686266, Горшков В.А., Кузнецов С.Г., Павлов С.Ю., Беляев В.А., Серова Н.В., Васильев Г.И., Шестовский Г.П., Малов Е.А. Способ разделения смесей близкокипящих углеводородов, БИ № 26, 1996.
10. А.с. № 726821, Горшков В.А., Кузнецов С.Г., Павлов С.Ю., Беляев В.А., Серова Н.В., Васильев Г.И., Шестовский Г.П., Малов Е.А. Способ разделения углеводородов С4-С5, БИ № 26, 1996.
11. Процесс извлечения пентафторэтана, № 6-19 3066 (Япония), НПК 203/57, 1999.
12. Патент № 2157360, Трофимов В.Н., Пантук Б.И., Деревцов В.И. Способ очистки бензола от непредельных углеводородов, № 99118148, 2000.
13. Патент № 2145590, Голубев Ю.Д., Рыбаков И.И., Спорова Л.Г., Орехов О.В., Пирогова Н.Л., Шеин А.В. Способ выделения ароматических углеводородов из смесей с неароматическими. БИ № 5,2000.
14. Петлюк Ф.Б.,Серафимов Л.А. Многокомпонентная ректификация. Теория и расчет: М., Химия, 1983. Серия «Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии». 304 с.
15. Рудавин В.С. Разработка технологии разделения ароматических изомеров на примере получения монитрохлорбензолов. Дисс. канд. техн. наук. М.: МИТХТ, 1988.
16. Петлюк Ф.Б., Платонов В.М., Аветьян В.С. Оптимальные схемы ректификации многокомпонентных смесей, ХП, №11,1966, с.65-68.
17. Деменков В.Н. Схемы фракционирования смесей в сложных колоннах. // Химия и технология топлив и масел. – 1997, №2, с.6–8.
18. Рид Р., Шервуд Т., Праусниц Дж. Свойства газов и жидкостей. Л, Химия,1982, 592 с.
19. Термодинамика равновесия жидкость-пар/ под ред. А.Г. Морачевского- Л., Химия, 1989, 344 с.
20. Химическая энциклопедия в пяти томах, 1, 2, 5. М: Изд. «Советская энциклопедия», 1990.
21. Огородников С.К., Лестева Т.М., Коган В.Б. Азеотропные смеси. Справочник. Под ред. проф. Когана В.Б. Изд. «Химия», Л. 1971.
22. Пирог Л.А. Оценка эффективности агентов при разделении неидеальных смесей экстрактивной ректификацией. Дисс. …канд. …техн. наук. – М.: МИТХТ, 1987.
23. Хассиба Бюннес Закономерности разделения азеотропных смесей в присутствии селективных разделяющих агентов. Дисс. … к.т.н. – Москва, МИТХТ, 2002.
ПРИЛОЖЕНИЯ.
Приложение 1.
Определение оптимального положения тарелок питания и отбора.
F:ЭА=1:3,5; Количество БО=150 кг/час
| NЭА/NF/NБО | R1 | R2 | Тепловые нагрузки,МДж/ч | ||
| Qконд1 | Qконд2 | Qкип | |||
| 4/10/23 | 2,01 | 1,49 | -33,2 | -48,0 | 153,7 |
| 4/10/24 | 1,59 | 1,72 | -28,6 | -52,4 | 153,5 |
| 4/10/25 | 1,40 | 1,97 | -26,5 | -57,2 | 156,2 |
| 4/11/23 | 1,96 | 1,50 | -32,6 | -48,2 | 153,3 |
| 4/11/24 | 1,42 | 1,74 | -26,8 | -52,9 | 152,1 |
| 4/11/25 | 1,23 | 1,99 | -24,7 | -57,7 | 154,8 |
| 4/12/23 | 2,71 | 1,42 | -40,9 | -46,6 | 159,9 |
| 4/12/24 | 1,55 | 1,72 | -28,1 | -52,5 | 153,1 |
| 4/12/25 | 1,21 | 2,00 | -24,4 | -57,7 | 154,6 |
| 5/10/23 | 2,51 | 1,44 | -38,7 | -47,0 | 158,1 |
| 5/10/24 | 1,82 | 1,69 | -31,1 | -51,8 | 155,3 |
| 5/10/25 | 1,54 | 1,95 | -27,6 | -56,9 | 157,3 |
| 5/11/23 | 1,30 | 1,99 | -25,4 | -57,5 | 155,3 |
| 5/11/24 | 1,58 | 1,72 | -28,4 | -52,4 | 153,3 |
| 5/11/25 | 1,26 | 1,99 | -24,9 | -57,6 | 155,0 |
| 5/12/25 | 1,22 | 2,00 | -24,4 | -57,7 | 154,6 |
| 6/10/24 | 2,50 | 1,59 | -38,5 | -50,0 | 161,0 |
| 6/10/25 | 2,08 | 1,88 | -34,0 | -55,5 | 161,9 |
| 6/11/24 | 2,07 | 1,65 | -33,9 | -51,1 | 157,4 |
| 6/11/25 | 1,67 | 1,94 | -29,4 | -56,6 | 158,4 |
| 6/12/24 | 2,09 | 1,65 | -34,1 | -51,0 | 157,6 |
| 6/12/25 | 1,56 | 1,95 | -28,2 | -56,8 | 157,5 |
Приложение 2.
Влияние количества потока, отбираемого в боковую секцию на энергозатраты.
TЭА= 60ºC, F:ЭА = 1:3,5.
| Количество | R1 | R2 | Тепловые нагрузки,МДж/ч | ||
| БО, кг/ч | Qконд1 | Qконд2 | Qкип | ||
| NЭА/NF/NБО = 4/10/24 | |||||
| 150 | 1,59 | 1,72 | -28,6 | -52,4 | 153,5 |
| 140 | 1,71 | 1,55 | -30,2 | -49,2 | 151,9 |
| 130 | 1,87 | 1,38 | -31,7 | -45,9 | 150,1 |
| 125 | 1,91 | 1,30 | -32,1 | -44,3 | 148,9 |
| 120 | 1,91 | 1,22 | -32,1 | -42,7 | 147,3 |
| 119 | 2,02 | 1,19 | -33,3 | -42,1 | 147,9 |
| NЭА/NF/NБО = 4/11/23 | |||||
| 170 | 1,44 | 1,83 | -27,0 | -54,5 | 154,0 |
| 160 | 1,65 | 1,67 | -29,2 | -51,5 | 153,2 |
| 150 | 1,96 | 1,50 | -32,6 | -48,2 | 153,3 |
| 145 | 2,17 | 1,41 | -35,0 | -46,4 | 153,8 |
| 140 | 2,48 | 1,30 | -38,4 | -44,4 | 155,3 |
| 135 | 3,15 | 1,17 | -45,8 | -41,8 | 160,1 |
| NЭА/NF/NБО = 4/11/24 | |||||
| 180 | 1,17 | 2,18 | -24,0 | -61,4 | 157,9 |
| 150 | 1,42 | 1,74 | -26,8 | -52,9 | 152,1 |
| 140 | 1,61 | 1,57 | -28,8 | -49,5 | 150,9 |
| 130 | 1,76 | 1,40 | -30,5 | -46,2 | 149,2 |
| 125 | 1,80 | 1,31 | -30,9 | -44,5 | 148,0 |
| 120 | 1,91 | 1,22 | -32,1 | -42,7 | 147,3 |
| NЭА/NF/NБО = 4/11/25 | |||||
| 150 | 1,23 | 1,99 | -24,7 | -57,7 | 154,8 |
| 145 | 1,24 | 1,90 | -24,8 | -56,0 | 153,3 |
| 144 | 1,25 | 1,89 | -24,8 | -55,6 | 153,0 |
| 143 | 1,25 | 1,87 | -24,8 | -55,3 | 152,6 |
| 142 | 1,24 | 1,85 | -24,8 | -55,0 | 152,3 |
| NЭА/NF/NБО = 4/12/24 | |||||
| 150 | 1,55 | 1,72 | -28,1 | -52,5 | 153,1 |
| 140 | 1,85 | 1,54 | -31,5 | -48,9 | 152,8 |
| 135 | 2,03 | 1,44 | -33,4 | -47,0 | 152,9 |
| 130 | 2,25 | 1,34 | -35,9 | -45,0 | 153,4 |
| 125 | 2,52 | 1,23 | -38,8 | -42,9 | 154,3 |
| 120 | 3,27 | 1,07 | -47,1 | -39,9 | 159,5 |
| NЭА/NF/NБО = 5/10/24 | |||||
| 150 | 1,82 | 1,69 | -31,1 | -51,8 | 155,3 |
| 140 | 2,05 | 1,51 | -33,6 | -48,4 | 154,5 |
| 130 | 2,31 | 1,33 | -36,5 | -44,9 | 153,8 |
| 120 | 2,54 | 1,15 | -39,0 | -41,4 | 152,9 |
| 115 | 2,56 | 1,06 | -39,3 | -39,7 | 151,5 |
| NЭА/NF/NБО = 5/10/25 | |||||
| 150 | 1,54 | 1,95 | -27,6 | -56,9 | 157,3 |
| 140 | 1,57 | 1,78 | -28,3 | -53,5 | 154,3 |
| 138 | 1,57 | 1,74 | -28,4 | -52,9 | 153,7 |
| NЭА/NF/NБО = 5/11/24 | |||||
| 150 | 1,58 | 1,72 | -28,4 | -52,4 | 153,3 |
| 140 | 1,82 | 1,54 | -31,1 | -49,0 | 152,6 |
| 130 | 2,09 | 1,36 | -34,0 | -45,4 | 151,9 |
| 120 | 2,27 | 1,18 | -36,0 | -41,9 | 150,5 |
| 119 | 2,32 | 1,16 | -36,6 | -41,5 | 150,6 |
| 118 | 2,25 | 1,15 | -35,8 | -41,3 | 149,6 |
| NЭА/NF/NБО = 5/11/25 | |||||
| 150 | 1,26 | 1,99 | -24,9 | -57,6 | 155,0 |
| 145 | 1,27 | 1,90 | -25,1 | -55,9 | 153,5 |
| 143 | 1,27 | 1,87 | -25,1 | -55,3 | 152,8 |
| 142 | 1,27 | 1,85 | -25,0 | -54,9 | 152,4 |
| 141 | 1,29 | 1,83 | -25,2 | -54,6 | 152,2 |
| NЭА/NF/NБО = 5/12/25 | |||||
| 150 | 1,22 | 2,00 | -24,4 | -57,7 | 154,6 |
| 145 | 1,23 | 1,91 | -24,6 | -56,0 | 153,1 |
| 143 | 1,23 | 1,87 | -24,6 | -55,4 | 152,4 |
| 141 | 1,28 | 1,83 | -25,2 | -54,6 | 152,2 |
| NЭА/NF/NБО = 6/11/24 | |||||
| 160 | 1,81 | 1,83 | -31,0 | -54,4 | 157,9 |
| 150 | 2,07 | 1,65 | -33,9 | -51,1 | 157,4 |
| 140 | 2,45 | 1,46 | -38,0 | -47,4 | 157,9 |
| 130 | 3,12 | 1,24 | -45,3 | -43,1 | 160,9 |
| 127 | 3,55 | 1,15 | -50,1 | -41,4 | 164,0 |
Приложение 3.