Оптимизация ректификации фракции этан-пропен-пропан в простых и сложных колоннах (стр. 3 из 9)

Недостатком этого метода является, как было указано ранее, значительная вероятность получения локальных оптимумов.

Информационно- энтропийный метод

Информационно-энтропийный подход, разработанный Майковым с сотрудниками [28, 29], можно рассматривать как разновидность эвристического метода, хотя он имеет определенное теоретическое обоснование. Согласно этому методу оптимальная схема разделения сопоставляется с наиболее эффективным процессом получения информации [30]. Следовательно, оптимальной системе соответствует максимум суммы информационных критериев разделительной способности всех разделительных аппаратов. Применение информационно - энтропийного подхода приводит к тем же результатам, что и при использовании эвристического правила дихотомии. Сравнение получаемых этим методом оптимальных вариантов технологических схем с вариантами, являющимися оптимальными

по приведенным затратам, показали значительное его расхождение.

Кроме рассмотренных применяется также рекурсивный метод и метод «случайных матриц». В ряде случаев можно использовать сочетание нескольких методов.

Разделение смеси пропен-пропан

Высокими энергетическими затратами характеризуется процесс разделения близкокипящей смеси нропен - пропан. В связи с этим для такой смеси все большее применение в промышленности находят новые технологические схемы со связанными материальными и тепловыми потоками и с тепловым насосом. Некоторые примеры таких схем рассматриваются ниже.

В работе [31] сообщается о применении теплового насоса на верхнем продукте для разделения смеси пропен - пропан. При компримировании паров верхнего продукта (пропена) до необходимого давления получается избыток тепла, который снимается в специальных концевых холодильниках водой или воздухом (рис.1).

Сравнение технологических показателей и затрат энергии при ректификации смеси пропен - пропан по разным схемам представлено в табл. 1.

Таблица 1. Показатели эффективности применения обычной и усовершенствованной схем ректификации смеси пропен-пропан

Схема с тепловым
Показатели процесса	насосом на верхнем	Общая схема
продукте(рис 1,б)
Давление, МПа
в верху колонны до компрессора	0.795	1,86
после компрессора	2,07	—
Температура, ° С
верха колонны	15	63
на входе в кипятильник	57	—
низа колонны	24	55
Тепло кипятильника, МВт	7,6	7,6
Расход пара, т/ч	—	11,8
Расход электроэнергии на компрессор, МВт	2,05	—
Расход охлаждающей воды, м3/ч	207	575
Стоимость относительная общая	65,4	100
в том числе пара	—	85
электроэнергии	60,2	—
охлаждающей воды	5,2	15
Экономия энергии, %	34,5	—

Для пропеновых колонн, обеспечивающих получение пропена чистотой 99,5%(об.) и выше, рекомендуется усовершенствованна технологическая схема (рис. 1,6), при которой затраты на компримирование и охлаждение паров верхнего продукта меньше, так как только часть потока паров компримируется до 1,38 МПа и с температурой 35°С подается в кипятильник. Остальной поток паров дожимается до 1,86 МПа и охлаждается водой или воздухом.

Существенным преимуществом схем с тепловым насосом при разделении смеси пропен — пропан является значительное увеличение их относительных летучестей при пониженном давлении процесса, что приводит в итоге к снижению не только энергетических, но и капитальных затрат, требуемых для получения заданных высоких показателей разделения этой смеси.

В таблице 2 приведены усредненные сравнительные данные по параметрам и основным затратам для обычных и усовершенствованных схем с тепловым насосом при разделении пропен - пропан.

Таблица. 2. Показатели процесса разделения по схеме с тепловым насосом

Показатели процесса и характеристика оборудования	Общая схема	Схемы с тепловым насосом
		с обычным	с новым
оборудованием	оборудованием
Давление, МПа
в верху колонны	1.9	0,86	0,86
после компрессора	—	1,78	1,38
температура, °С
в верху колонны	46	14	14
в низу колонны	57	24	24
Число реальных тарелок	277	200	200
Расстояние между тарелками, мм	456	456	330
Число колонн	2	2	1
Диаметр колонны, м	5040	4420	4120
Высота колонны, м	77,4	61	79,5
Флегмовое число	14	10,6	10,6
Тепло кипятильника, МВт	29,6	29,3	29,3
Разность температур в кипятильнике,°С	55,5	19,5	5,5
Поверхность кипятильника, м2	824	2420	2370
Тепло конденсатора, МВт	29,6	4,37	2,46
Поверхность конденсатора, м2	5950	1070	583
Расход охлаждающей воды, м /ч	2320	483	253
Мощность компрессора, МВт	—	4,32	2,42
Расход пара, т/ч	45,6*	15,9**	8,9**
Стоимость оборудования
(относительная) и энергетические
затраты, %
в том числе
колонны
насос орошения	64,7	24,3	18,3
теплообменник	0,3	—	—
компрессор и паровая турбина	14,1	9,0	10,4
пар	—	28,2	15,8
охлаждающая вода	17,8	9,7	5,4
3,1	0,6	0,3

* Пар низкого давления

** Пар высокого авления

Как видно из приведенных данных, экономия только на одной колонне перекрывает дополнительные затраты на компрессор. Колонна во всех случаях делается из двух самостоятельных частей. Энергетические затраты при применении теплового насоса уменьшаются примерно на 50%. Минимальные затраты соответствуют разности температур в кипятильнике 5°С при старых конструкциях, на практике обычно для разделения смеси пропен - пропан принимают 6°С.

В работе [32] приводят сравнительные данные по разделению смеси пропен — пропан в каскаде из двух последовательно работающих колонн по обычной схеме и в каскаде из четырех последовательно - параллельно работающих колонн по схеме со связанными тепловыми потоками (рис.2).

I

Рис. 2. Схема разделения смеси пропен — пропан в каскаде из двух последовательно работающих колонн (а) и в системе последовательно-параллельно работающих колонн со связанными тепловыми потоками (б): I — исходная смесь; П — пропен; III — пропан.

В таблице 3 приведены расходные показатели процесса и основные конструктивные размеры колонн.

Таблица. 3. Показатели процесса разделения	фракции пропен - пропан
Показатели процесса и характеристика	Обычная	Двухколонная система
оборудования	схема	Колонна 1	Колонна 2
Расход сырья, кмоль/ч	600	291	309
Содержание пропена в сырье, мольн. доли	0,6	0,6	0,6
Расход дистиллята, кмоль/ч	351*	170,3	180,7
Содержание пропена в дистилляте, мольн. доли	0,99	0,99	0,99
Расход остатка, кмоль/ч	249	120,7	128,7
Содержание пропена в остатке, мольн. доли	0,05	0,05	0,05
Давление, МПа	1,93	2,83	1,93
Относительная летучесть смеси	1,14-1,08	1,10-1,065	1,14-1,08
Число тарелок	200	200	180
Номер тарелки питания (счет тарелок снизу)	62	65	51
Расстояние между тарелками, мм	610	610	610
Эффективность тарелок, %	100	100	100
Число колонн	2	2	2
Диаметр колонны, м	3,2	2,85	2,29
Флегмовое число	15,9	23,5	16,6
Поверхность кипятильника, м	178	122	1030
Температура в кипятильнике, °С	55	77	55
Поверхность конденсаторов, м	1410	—	752
Температура орошения, °С	47	67	47
Расход пара, т/ч	15,2	8,2	—
Давление пара, МПа	5,0	5,0	—
Расход воды, м3/ч	1,39	—	0,75
Разность температур воды и паров продукта в
конденсаторе, °С	6	—	6