Разработка энергосберегающей технологии ректификации циклических углеводородов
Видно, что структурой, обладающей минимальным энергопотреблением оказывается для состава питания ЦГ – Б – ЭБ = 10-80-10% мол. – схема 1-3, состоящая из одной сложной колонны с двумя укрепляющими секциями, представленная на рис.33.
Рис.33. Оптимальные технологические схемы разделения класса Ф.
На рис.34 представлены
профили температур и расходов жидкости и пара по высоте ректификационной колонны, содержащей две боковые секции (схема 1-3) Ф для состава ЦГ – Б – ЭБ = 10 – 80 – 10% мол.
Рис.34. Профили температуры и потоков жидкости и пара сложной колонны, содержащей два боковых отбора. Состав исходного питания ЦГ – Б – ЭБ = 10 – 80 – 10% мол.
Проведем количественное сравнение энергопотребления схем различных классов структур, для этого обратимся к табл.24. Здесь проведено сопоставление суммарных энергозатрат схем-прообразов и соответствующих им схем-образов, а также энергопотребление колонн технологических схем, которые подвергались непосредственно трансформации при синтезе структур. Так, например, для схемы 1 сравнивались нагрузки на кипятильники двухотборных колонн 1 и 2 для прообраза и соответствующей им сложной колонны 1 с боковой укрепляющей секцией для схемы-образа.
Таблица 24. Результаты сравнения энергопотребления технологических схем
Схема |
Суммарные энергозатраты, ГДж/ч |
,% | |
QП |
QФ | ||
Состав ЦГ–Б–ЭБ,% мол. = 10-80-10 | |||
1-1 |
6,53 |
6,10 |
6,58 |
1-2 |
6,53 |
6,14 |
5,97 |
1-3 |
6,53 |
5,75 |
11,94 |
2-1 |
9,52 |
6,47 |
32,04 |
3-1 |
8,78 |
8,02 |
8,66 |
Таблица 25. Результаты сравнения энергопотребления для трансформируемых комплексов колонн.
схема энерго- затраты, ГДж/час |
1-1 |
1-2 |
1-3 |
2 |
3 | |
QП |
Q12 |
5,66 |
- |
6,53 |
- |
- |
Q23 |
- |
4,47 |
7,46 |
5,14 | ||
QФ |
Q12 |
5,01 |
- |
5,75 |
- |
- |
Q23 |
- |
4,08 |
4,79 |
4,38 | ||
, % |
11,48 |
8,72 |
11,94 |
35,79 |
14,79 |
Видно, что экономия энергозатрат в некоторых случаях существенна и превышает 10% -ую величину. Особенно явно это видно при сравнении энергопотребления колонн, участвующих в трансформации схем–прообразов в схемы–образы.
Таким образом, нами была рассмотрена экстрактивная ректификация азеотропной смеси циклогексан – бензол – этилбензол с использованием анилина в качестве разделяющего агента. Для осуществления разделения синтезированы схемы, принадлежащие разным классам, одни из них – это схемы, состоящие из двухотборных колонн, другие – схемы, содержащие сложные колонны с боковыми секциями. Последние относятся к структурам с частично связанными тепловыми и материальными потоками, позволяющие снизить энергопотребление за счет приближения к термодинамической обратимости. Связывание секций колонн потоками определенным образом позволяет отказаться от наличия кипятильников или дефлегматоров для боковых секций, которые являются источниками термодинамической необратимости. В целом организация разделения в колоннах со связанными потоками приводит к снижению энергозатрат. В ходе работы нами была показана эффективность использования таких структур по сравнению с традиционными двухотборными экстрактивными комплексами.
Выводы
Для разделения смеси бензол – циклогексан – этилбензол – анилин методом экстрактивной ректификации синтезированы технологические схемы, принадлежащие различным классам структур: схемы из двухотборных колонн и схемы, содержащие сложные колонны с боковыми секциями.
Проведена параметрическая оптимизация полученных технологических схем ректификации по критерию минимальных энергозатрат на разделение. В результате для каждой структуры найден набор параметров, обеспечивающих минимальное энергопотребление – температура, уровень ввода и расход экстрактивного агента, положение тарелок питания ректификационных колонн, для схем содержащих боковые секции – также количество и положение бокового отбора.
В результате анализа полученных результатов, выявлено, что применение схем с частично связанными тепловыми и материальными потоками (схем со сложными колоннами с боковыми секциями) позволяет снизить затраты на разделение (в данном случае для энергопотребления схем в целом экономия может превышать 10%).
Для разделения смеси бензол – циклогексан – этилбензол фиксированного состава (бензол: циклогексан: этилбензол = 10: 80: 10%мол) оптимальной по энергопотреблению является структура из одной сложной колонны, с двумя боковыми секциями.
Список использованной литературы
1. Серафимов Л.А. Технология разделения азеотропных смесей (дополнительная глава) в кн. Свентославский В. Азеотропия и полиазеотропия. - М.: “Химия”, 1968, 186 с.