Разработка энергосберегающей схемы разделения трехкомпонентной азеотропной смеси бензолциклогексан-гексан (стр. 6 из 13)

· Производительность установки,

· Перепад давления,

· Эффективность контактного устройства

· Коррозия рабочей среды

· Стоимость контактного устройства

При использовании одного и того же типа контактного устройства для разделения различных смесей, оно будет показывать разную эффективность. Это означает, что для каждого конкретного технологического процесса следует подбирать свой, наиболее эффективный в данном случае, тип контактного устройства. Равновесную тарелку, обладающую КПД = 100% создать невозможно, однако ведутся работы по созданию контактных устройств с КПД, приближающимся к 100%. Из известных на сегодняшний контактных устройств, самым высоким КПД обладает провальная тарелка Зульцера с неподвижными клапанами (КПД = 85% для смеси этан-пропан-пропилен).

2.5. Методы воздействия на эффективность работы ректификационных колонн.

В процессе ректификации одной из важнейших технологических задач является воздействие на его протекание с целью получения продуктов необходимой чистоты.

В ходе проектирования ректификационной колонны такое воздействие возможно путем увеличения числа тарелок или высоты слоя насадки, а также использования наиболее эффективных конструкций тарелки или типа и размера элементов насадки.

В ходе эксплуатации ректификационной колонны повысить чистоту продуктов можно, повышая флегмовое число R:

-увеличением потока флегмы (при сохранении отборов дистиллята и кубового остатка), если кипятильник и конденсатор рассчитаны с некоторым запасом и позволяют повысить тепловую нагрузку;

-уменьшением производительности колонны по исходной смеси, а значит, и по продуктам; при этом, сохраняя поток флегмы и понижая дистиллят, получают более высокое R.

Повысить флегмовое число можно также путем захолаживания флегмы, т. е. возвращения ее в колонну при температуре ниже температуры дистиллята: холодная флегма будет нагреваться в верхних зонах колонны до температуры кипения за счет конденсации части парового потока, и поток флегмы по колонне возрастает.

Увеличивая число тарелок n (высоту слоя насадки), а также флегмовое число, можно в принципе получить сколь угодно чистый дистиллят и кубовый остаток, но абсолютно чистые НКК и ВКК методом ректификации (и вообще – массообмена) получить невозможно. Ведь точки чистых компонентов располагаются в правом верхнем и левом нижнем углах диаграммы y-x, где движущая сила равна нулю; это означает необходимость безграничного увеличения числа тарелок даже при бесконечном R (что, кстати, тоже невозможно при отборе продуктов).

Еще одна возможность воздействия на чистоту продуктов – смещение точки подачи исходной смеси по высоте колонны. Так, если подать исходную смесь в колонну пониже, то увеличится протяженность укрепляющей части, и дистиллят станет чище; при этом уменьшится протяженность отгонной части колонны, так что кубовый остаток будет больше загрязнен низкокипящим компонентом. Изменение точки питания ректификационной колонны может оказаться полезным в двух случаях:

только один из продуктов должен быть весьма чистым (во втором допускается заметное содержание примеси); тогда следует увеличивать протяженность той части колонны, на выходе из которой нужно получать чистый продукт;

по какой-то причине изменился состав исходной бинарной смеси. Например: содержание НКК в исходной смеси понизилось; для сохранения прежней чистоты дистиллята теперь в укрепляющей части колонны потребуется большее число тарелок (или большая высота слоя насадки), чем раньше, а для сохранения чистоты кубового остатка – меньшее число тарелок в отгонной части колонны. Поэтому исходную смесь нового состава следует подавать в колонну на более низкую тарелку. Конкретно: ее надо подавать в колонну на более низкую тарелку. Конкретно: ее надо подавать в то сечение колонны, в котором этот состав равен составу исходной смеси [8].

2.6. Ректификация многокомпонентных смесей.

При разделении многокомпонентных смесей, так же как и в случае с бинарными смесями, процесс ректификации может проводиться как непрерывно, так и периодически.

Периодическая ректификация осуществляется в одной ректификационной колонне путем последовательного (во времени) получения в виде дистиллята сначала наиболее летучего компонента смеси, а затем – компонентов с более высокими температурами кипения. Компонент смеси с самой высокой температурой кипения остается в кубе колонны в виде кубового остатка. Разумеется, реально получают не отдельные компоненты, а фракции с преимущественным их содержанием. Хотя этот процесс более дешев, по сравнению с непрерывной ректификацией, им пользуются реже, так как он не дает возможности четко разделить компоненты и чрезвычайно сложен в управлении из-за постоянно изменяющихся параметров в ходе работы установки.

Непрерывная ректификация многокомпонентных смесей осуществляется в установках, состоящих из ряда ректификационных колонн непрерывного действия, соединение которых в общую схему может быть различным. Каждая простая колонна разделяет поступающую в нее смесь на два продукта, один из которых дистиллят, а второй – кубовый остаток. Поэтому при наличии хотя бы трех компонентов в исходной смеси их разделение на три продукта в одной простой колонне невозможно. В этом случае нужны две колонны [9] .

2.7. Поливариантность технологических схем.

Создание оптимальной технологической схемы ректификационного разделения многокомпонентных смесей представляет собой достаточно сложную задачу из-за поливариантности организации процесса. С ростом числа компонентов в смеси резко возрастает число возможных вариантов ее разделения. Общее число вариантов ТСР многокомпонентных зеотропных смесей (Z) при использовании простых двухсекционных колонн определяется выражением:

2.7.1

Так, для разделения смеси, состоящей из 3-х компонентов, возможно два различных варианта схемы ректификации, из 5-ти - компонентов - 14, а из 7-ми компонентов - 132.

При использовании М различных методов разделения, таких как обычная и экстрактивная ректификация, абсорбция, экстракция и т.п. Число вариантов ТСР определяется как:

2.7.2

Выбор оптимальных ТСР представляет собой процедуру, которая может быть разбита на два этапа. На первом синтезируются все возможные варианты, а на втором проводится дискриминация по тому или иному критерию. В качестве критерия оптимизации, как правило, выбираются минимальные суммарные приведенные затраты на разделение для всей схемы в целом. Для предварительных оценок применяют другие критерии, например энергозатраты.

Для синтеза технологических схем разделения необходимо знать:

Физико-химические и химические свойства как чистых компонентов, так и всех смесей, составляющих данную многокомпонентную смесь. В том числе температуры кипения компонентов и смесей, параметры фазового равновесия жидкость - жидкость, жидкость - газ, жидкость - пар, жидкость - твердое тело, а также химическую активность компонентов и их термическую стойкость в процессе разделения. Эти свойства позволяют выявить все термодинамические, химические и технологические ограничения, которые необходимо учитывать при синтезе технологических схем разделения.

Возможности различных методов разделения, области их использования, преимущества и недостатки.

Конструктивные особенности и возможности применения различных разделительных аппаратов, располагать классификации таких аппаратов с описанием их структурных характеристик.

Структуру технологических комплексов различного функционального действия, состоящих из ряда аппаратов и применяемых для разделения смесей, обладающих определенными специфическими свойствами. Эти комплексы позволяют преодолеть различные технологические ограничения, связанные с азеотропией, и получить продукты нужного состава.

Методы синтеза технологических схем разделения. С этой целью должны быть рассмотрены как безмашинные методы, так и основанные на применении ЭВМ. В последнем случае необходимо располагать математическими моделями как отдельных элементов и комплексов, так и системы в целом.

Методы оптимизации технологических схем разделения. Оптимизацию технологической схемы необходимо начинать с рассмотрения структуры диаграммы фазового равновесия разделяемой смеси, которая определяет термодинамические ограничения, связанные с азеотропией, и, следовательно, последовательность выделения компонентов или фракций [10,11].

2.8. Термодинамические методы расчета равновесия жидкость-пар.

Выбор модели, адекватно описывающей фазовое равновесие системы, является важным и необходимым шагом при решении массообменного процесса. На сегодняшний день разработано достаточно большое число методов математического моделирования различных типов парожидкостного равновесия.