Разработка энергосберегающей технологии ректификации циклических углеводородов
Табл.4. Данные об азеотропии (P = 1атм)
Таз, ◦С |
Х2аз,% мол. |
Тип азеотропа | |
Бензол-циклогексан |
77,6 |
46 d> |
гомогенный |
На рис.13 представлен портрет фазовой диаграммы исследуемый смеси.
Рис.13. Фазовая диаграмма смеси циклогексан – бензол – этилбензол
В смеси ЦГ-Б-ЭБ азеотроп имеет минимальную температуру и является особой точкой типа неустойчивый узел. В концентрационном симплексе один пучок дистилляционных линий опирается на точки азеотропа и тяжелокипящего компонента.
Рассмотрим ход альфа-линий в смеси азеотропообразующих компонентов в присутствии разделяющего агента (рис.14. а) и расположение единичного альфа-многообразия в концентрационном симплексе исследуемой смеси (рис.14. б).
Рис.14. а - α - многообразия для системы ЦГ-Б - А при давлении 0.3 кг/см2.
б - единичное альфа–многообразие (αЦГ-Б) в системе циклогексан-бензол-этилбензол-анилин
На рис.14. б единичное альфа–многообразие делит симплекс на две области. Область α<1 прилегает к легкокипящему циклогексану и занимает относительно небольшую площадь концентрационного симплекса. Здесь максимальным коэффициентом распределения обладает бензол. В области α>1 напротив максимальным коэффициентом распределения обладает циклогексан, при этом, если исходный состав питания принадлежит данной области, циклогексан может быть выделен в качестве дистиллата экстрактивной колонны.
Для описания парожидкостного равновесия системы нами была выбрана термодинамическая модель локальных составов NRTL. Параметры бинарного взаимодействия представленны в табл.5.
Таблица.5. Параметры уравнения NRTL
Бинарная пара |
|
|
|
Бензол-этилбензол |
1713,5 |
-2075,3 |
-0,038952 |
Бензол-циклогексан |
258,95 |
-122,92 |
0,097010 |
Бензол-анилин |
-105,83 |
11,564 |
-0,90000 |
Циклогексан-этилбензол |
-14,769 |
33,026 |
0,90000 |
Этилбензол-анилин |
101,15 |
160,57 |
0,80029 |
Циклогексан-анилин |
244,02 |
310,89 |
-0,91797 |
Уравнение NRTL (non-random two-liquid – неслучайное двужидкостное) дает хорошие результаты для широкого круга систем, в частности для смесей в высокой степени неидеальных и для частично несмешивающихся систем.
Выражение для коэффициента активности имеет вид:
, (когда единицей измерения является °K);
Для каждой бинарной пары требуется три параметра (, , ), которые могут быть расширены включением в них температурной зависимости.
Концепция локальных составов позволяет учитывать структуру раствора, свойства чистых веществ и межмолекулярные взаимодействия разных типов (слабые неспецифические и сильные специфические). Согласно этой теории раствор рассматривается как упорядоченная структура. Для бинарной смеси можно выделить молекулы двух сортов, при этом молекула одного вида находится в окружении молекул другого вида. Зависимость между концентрациями компонентов внутри такого образования с общей молярной концентрацией компонентов в растворе описывается соотношением, учитывающим вероятность возникновения связей между разноименными молекулами.
Программный комплекс PRO/ II
Все расчеты были проведены с использованием программно-ориентированного комплекса PRO/II. Данная программа предназначена для проектно-поверочного расчета и поверочного расчета химико-технологических процессов и, в частности, процесса ректификации. Программа включает широкий набор методов, позволяющих создавать модели для широкого круга систем, использующихся в различных отраслях химической промышленности. В программе совместно с термодинамическими методами могут также быть использованы транспортные свойства индивидуальных соединений и их смесей. Последние включают в себя вязкости паров и жидкости, теплопроводности паров и жидкости и диффузию жидкости. Расчет поверхностного натяжения на границе пар-жидкость, хотя это и не транспортное свойство, также относится к этой группе. Транспортные свойства находят применение в строгих расчетах теплопередачи, расчетах перепадов давления, расчетах колонн с ситчатыми тарелками и насадочных колонн.
Для работы программы PRO/II требуется: IBM совместимый компьютер с процессором 80386 и выше, имеющий 4 и более мегабайта оперативной памяти. Операционная система MS Windows версия 3.1, Windows-95 или более поздняя версия.
Отчет по колонне включает в себя: суммарные данные по колонне. Суммарные данные по колонне содержат температуры, давления, расходы, тепловые нагрузки по каждой тарелке, информацию по потокам сырья и продуктов и общие тепловой и материальный балансы. По умолчанию расходы выводятся в мольных единицах. Путем выбора соответствующего варианта может быть выведен дополнительный суммарный отчет в массовых, объемных или газовых объемных единицах: молекулярные веса, реальные плотности, реальные объемные расходы и транспортные свойства, энтальпии потоков и стандартные плотности жидкости, К.П.Д. тарелок и/или К.П.Д. тарелок для отдельных компонентов, диаграмма температур, давлений, мольных расходов, расходов сырья, и продуктов и тепловых нагрузок нагревателей/холодильников, суммарная нагрузка тарелок, отчет по составам, таблица извлечения компонента, отчет по сепаратору, отчет по теплообменнику.