Разработка энергосберегающих технологий процесса ректификации продуктов синтеза хлорбензола
Остаточный коэффициент активности определяется выражением:
(4.8.6.)
где : m, n = 1, 2, ., NG.
Параметр τmn определяется как
(4.8.7.)
где : amn – параметр бинарного взаимодействия для групп m и n.
Принимается, что параметр бинарного взаи
модействия amn постоянен и не зависит от температуры.
5. Постановка задачи
Целью данной работы являлась структурная и параметрическая оптимизация технологической схемы разделения смеси бензол-хлорбензол-дихлорбензол для снижения энергозатрат на разделение.
Для достижения поставленной цели необходимо:
• выбрать математическую модель парожидкостного равновесия, адекватно описывающую экспериментальные данные;
• синтезировать схемы разделения;
• произвести расчет ректификации и выбрать решение, обеспечивающее минимальные энергозатраты.
6. Расчетная часть.
6.1. Методы и алгоритмы исследования
В настоящей работе для математического моделирования схем ректификации использован лицензионный программный комплекс PRO/II with PROVISION компании SIMSCI corp., обеспечивающий моделирование и расчет технологических схем ректификации.
PRO/II - компьютерный комплекс для инженерных расчетов процессов органического синтеза и нефтехимии, технологии полимеров и др. Он объединяет базы данных химических компонентов и расширенных методов расчета термодинамических свойств с гибкими методами расчета аппаратов. Программа обладает вычислительными средствами для выполнения расчетов всех материальных и энергетических балансов необходимых для моделирования большинства статических процессов. Экспертные системы, расширенная обработка входных данных и проверка ошибок обеспечивают его высокую эффективность и надежность.
6.2. Расчет ректификации
Все алгоритмы ректификации в программе PRO/П представляют собой строгие модели равновесных ступеней контакта. В каждой модели решаются тепловой и материальный балансы и уравнения равновесия жидкость - пар.
Программа PRO/II предлагает четыре различных алгоритма моделирования ректификационных колонн:
алгоритм Inside/Out (I/O),
алгоритм Sure,
алгоритм Chemdist и
алгоритм ELDIST.
Алгоритм I/O может быть использован для решения большинства задач нефтепереработки и обладает высоким быстродействием. В настоящей работе расчет колонн ректификации проводился по этому алгоритму.
Алгоритм подразделяется на внешний и внутренний циклы. Во внутреннем цикле решаются тепловой и материальный балансы и обеспечиваются заданные требования. Во внутреннем цикле используются методы, основанные на расчете коэффициентов активности на основе концепции группового вклада.На рис. 6.2.1. показана схематическая диаграмма простой ступени контакта.
![]() |
Рис. 6.2.1 Схема простой ступени контакта алгоритма I/O.
Тепловой баланс для ступени контакта j выглядит следующим образом:
(6.2.1)
![]() |
где: V— расход пара, покидающего ступень контакта;
где: V— расход пара, покидающего ступень контакта;
L - расход жидкости, покидающей ступень контакта;
Ls — жидкостной боковой погон;
Vs - паровой боковой погон;
Материальный баланс по компоненту для данной ступени контакта через расходы жидкости и паров при следующей зависимости для равновесных составов обеих фаз:
где К представляет собой соотношение равновесной фугитивности пар - жидкость, может быть записан как:
![]() |
(6.2.2.)
где: - расход жидкого компонента;
v - расход парового компонента;
f- расход компонента сырья.
6.3. Объект исследования В качестве побочных продуктов при синтезе хлорбензола получаются дихлорбензолы и трихлорбензолы. Общее содержание побочных продуктов в потоке приблизительно равно 1,5% масс. Так как в этой работе не ставилась задача получения всех побочных продуктов в качестве отдельных продуктовых потоков в рассматриваемой нами смеси все побочные продукты были заменены на самый легкокипящий из них – метадихлорбензол. Далее смесь продуктов синтеза хлорбензола будет рассматриваться как трёхкомпонентная зеотропная смесь: бензол - хлорбензол - метадихлорбензол. В качестве технических требований к готовым продуктам приняты требования по ГОСТ 646-73 для хлорбензола и по ОСТ 6-01-392-74 для дихлорбензола. Качество продуктов в мольных долях соответствующее стандартам приведено в таблице 6.3.1.
Составы потоков в мольных долях.
Таблица 6.3.1.
Компоненты |
Поток питания |
Бензол |
Хлорбензол |
Дихлорбензол |
Бензол |
0,7258 |
0,9965 |
0,0015 |
0,0 |
Хлорбензол |
0,2652 |
0,0035 |
0,9985 |
0,026 |
Метадихлорбензол |
0,009 |
0,0 |
0,0 |
0,974 |
Индивидуальные свойства компонентов представлены в таблице 6.3.2.
Физико-химические свойства чистых компонентов
Таблица 6.3.2.
Ткип, ◦С |
Плотность, кг/м3 |
Молекулярная масса, г/моль | |
Бензол |
80,09 |
883,92 |
78,11 |
Хлорбензол |
131,68 |
387,0 |
112.56 |
М-Дихлорбензол |
172,81 |
1288,1 |
147,004 |