Энергосбережение в процессах ректификации бинарных и многокомпонентных смесей, страница 13

Влияние агрегатного состояния исходной смеси на внутреннееэнергосбережение и затраты теплоты при ректификацииРасчеты затрат теплоты выполнены при разделении двух бинарныхсмесей: бензол-толуол и ацетон-бензол. При этом производительность исостав исходной смеси оставались одинаковыми. Параметрами являлисьчистота получаемых продуктов и степень их нагрева (всегда от tх=200С) вподогревателе исходной смеси (рис.4.1).Смесь бензол-толуол эквимолярного состава делилась в колонне сполучением бензола и толуола одинаковой чистоты, а именно: 99, 97 и 95%.При таких (симметричных) разделениях продуктовые потоки равныП=L0=L1/2. Поэтому расчет внутреннего энергосбережения в колонневыполнялся по формуле (3.8) с учетом L1/П=2:Эн nyR2  n 0 1 R  1 n y  n 0  ( R  1)  n y  n 0(3.8`)илиЭ н  Э нynyny  n0Э 0нn0ny  n0(4.1)где Э нy =R/(R+1) – энергосбережение на тарелках укрепляющей колонны,Э 0н =1-2ψ/(R+1) – энергосбережение на тарелках отгонной колонны.Результаты расчетов необходимого числа тарелок в колонне, затраттеплоты в кипятильнике и суммарных, а также энергосбережения в колонне101представлены в таблицах 4.3–4.5, а зависимости суммарных затрат ивнутреннего энергосбережения в колонне при различных значениях долипара ψ в исходной смеси приведены на рис.

4.2–4.4 при чистоте получаемыхпродуктов 99, 97 и 95% соответственно. Из таблиц видно, что приуменьшении чистоты получаемых продуктов разделения затраты теплоты вкипятильнике и суммарные, как и следовало ожидать, снижаются. При этомзатраты теплоты в подогревателе, естественно, остаются независимыми отчистоты разделения.Рис.4.1.

Ректификационная колонна с подогревателем исходной смеси.Из таблиц 4.3–4.5 и рисунков 4.2–4.4 также видно, что при увеличениидоли пара в исходной смеси после подогревателя энергосбережение вколонне уменьшается из-за сниженного парового потока в отгонной колонне.А это, естественно, приводит к увеличению суммарных затрат теплоты напроцесс разделения[49].Аналогичныерасчетывыполненыдлясистемыацетон-бензол.Коэффициент избытка флегмы здесь также принят равным 1,1, а чистотаполучаемых продуктов разделения принята тоже 99, 97 и 95%. Результатырасчетов приведены в таблицах 4.6–4.8, а зависимости суммарных затрат и102внутреннего энергосбережения – на рис. 4.5-4.7.

Анализ этих результатовприводит к таким же выводам, которые были сделаны для смеси бензолтолуол.Результаты расчета затрат теплоты и внутреннего энергосбереженияпри ректификации смеси бензол-толуол с получением продуктов разделения97% чистоты для различных значений коэффициента избытка флегмы σ: 1,1;1,5; 2,0 и 3,0 представлены в таблице 4.9.Из таблицы 4.9 видно, что при каждом значении коэффициентаизбыткафлегмыменьшиесуммарныезатраты(затратытеплотывкипятильнике и подогревателе) соответствуют повышенным значениямвнутреннего энергосбережения в колонне.С увеличением коэффициента избытка флегмы затраты теплоты вкипятильникезакономернорастути,соответственно,увеличиваютсясуммарные затраты на процесс разделения.

Затраты теплоты в подогревателе,естественно, зависят лишь от степени повышения энергетического уровняисходной смеси перед подачей ее в ректификационную колонну.Из таблицы 4.9 также видно, что при малых коэффициентах избыткафлегмы (σ=1,1-1,5) с увеличением доли пара в подаваемой в колонну смесизатраты теплоты в кипятильнике существенно уменьшаются (в 2 раза приσ=1,1 и в 1,5 раза – при σ=1,5).

Но при больших значениях σ (2,0 и 3,0) сувеличением доли пара в подаваемой смеси затраты в кипятильнике могутдаже возрастать. Это особенно хорошо наблюдается при σ=3,0. Этополностью согласуется с приведенным в главе 2 теоретическим анализомзатрат теплоты и найденными граничными значениями коэффициентаизбытка флегмы, при которых не выгодна подача в колонну исходной смесив виде пара.103Таблица 4.3. Результаты расчета внутреннего энергосбережения в ректификационнойколонне и суммарных затрат теплотыСмесь: Бензол – Толуол; x2=0.99, x0=0.01, σ=1.1Qк,Qпод,Q Σ,МВтМВтМВт0,9531,3390,0001,3391,1810,8871,2670,0881,3550,59810,8061,0830,3381,421280,6200,8480,7420,9660,5171,48415270,6450,7160,6850,8630,6981,5621116270,6710,6050,6090,780,8811,6562,2951116270,6970,5140,5890,701,0641,7682,5881214260,7210,4430,5710,651,2481,894ψRminRnynоnЭ нyЭ н0Эн-0,3621,1741,3001415290,5651,315-0,2111,2141,3351415290,5720,0001,3531,4881415290,2001,4861,63513150,4001,6511.816120,6001,8512,0360,8002,0861,0002,353Рис.

4.2. Зависимость внутреннего энергосбережения в ректификационной колонне исуммарных затрат теплоты QΣ от доли пара в исходной смеси104Смесь: Бензол –Толуол; x2=0.99, x0=0.01Таблица 4.4. Результаты расчета внутреннего энергосбережения в ректификационнойколонне и суммарных затрат теплотыСмесь: Бензол – Толуол; x2=0.97, x0=0.03,σ=1.1Qк,Qпод,Q Σ,МВтМВтМВт1,28601,2850,8851,1830,1331,31610,7791,0360,3381,3740,6040,8420,7340,9210,5171,438210,6310,7050,6730,8190,6981,51713210,6580,5900,6160,7310,8811,611713200,6860,4980,5640,6591,0641,723911200,7120,4270,5540,6011,2481,848ψRminRnynоnЭ нyЭ н0Эн-0,3621,0651,1721112230,5391,3330,953-0,2111,1301,2431112230,5541,1880,0001,2521,3771112230,5790,2001,3871,5261012220,4001,5501,7089120,6001,7531,92880,8001,9872,1861,0002,2522,477Рис.

4.3. Зависимость внутреннего энергосбережения в ректификационной колонне исуммарных затрат теплоты QΣ от доли пара в исходной смесиСмесь: Бензол – Толуол; x2=0.97, x0=0.03105Таблица 4.5. Результаты расчета внутреннего энергосбережения в ректификационнойколонне и суммарных затрат теплотыСмесь: Бензол – Толуол; x2=0.95, x0=0.05, σ=1.1Qк,Qпод,Q Σ,МВтМВтМВтRnynоnЭ нyЭ н0Эн-0,362 0,9571,0531011210,5131,3530,9531,2350,0001,235-0,211 1,0001,1001011210,5241,2010,8791,1680,0881,2560,0001,1511,266911200,55910,8010,9890,3381,3270,2001,2891,418811190,5860,8350,7300,8760,5171,3930,4001,4601,61711180,6170,6930,6640,7780,6981,4760,6001,6561,822711180,6460,5750,6020,6870,8811,5680,8001,8892,078612180,6750,4800,5450,6141,0641,6781,0002,1512,36689170,7030,4090,5460,5551,2481,803ψRminРис.

4.4. Зависимость внутреннего энергосбережения в ректификационной колонне исуммарных затрат теплоты QΣ от доли пара в исходной смесиСмесь: Бензол – Толуол; x2=0.95, x0=0.05106Таблица 4.6. Результаты расчета внутреннего энергосбережения в ректификационнойколонне и суммарных затрат теплоты.Смесь: Ацетон -Бензол; x2=0.99, x0=0.01, σ=1.1Qк,Qпод,Q Σ,МВтМВтМВт1,3890,0001,3890,9541,3390,0731,41210,9091,2810,161,4410,6880,8750,8271,1730,331,503460,7060,7650,7511,0830,5021,58535450,7240,6680,6801,0010,6751,675935440,7420,5870,6180,930,8481,7791232440,7590,5180,5840,8721,0221,894RnynоnЭ нyЭ н0Эн-0,176 1,7501,9251334470,6581,1200,992-0,097 1,8001,9801334470,6641,0650,0001,8642,0501334470,6720,2002,0092,2011235470,4002,1812,39911350,6002,3812,619100,8002,6092,8701,0002,8643,150ψRminРис.

4.5. Зависимость внутреннего энергосбережения в ректификационной колонне исуммарных затрат теплоты QΣ от доли пара в исходной смесиСмесь: Ацетон - Бензол; x2=0.99, x0=0.01107Таблица 4.7. Результаты расчета внутреннего энергосбережения в ректификационнойколонне и суммарных затрат теплотыСмесь: Ацетон -Бензол; x2=0.97, x0=0.03Qк,Qпод,Q Σ,МВтМВтМВт1,3190,0001,3190,9441,2690,0731,34310,8981,2120,161,3720,6720,8690,8151,1090,331,439330,6910,7530,7381,0140,5021,51625320,7100,6520,6650,9330,6751,607626320,7300,5680,5990,8630,8481,711922310,7490,4980,5710,8041,0221,826RnynоnЭ нyЭ н0Эн-0,176 1,5971,7571024340,6371,1280,983-0,097 1,6481,8121024340,6441,0690,0001,7131,8841024340,6530,2001,8602,046924330,4002,0302,2338250,6002,2302,45370,8002,4602,7061,0002,7132,984ψRminРис.

4.6. Зависимость внутреннего энергосбережения в ректификационной колонне исуммарных затрат теплоты QΣ от доли пара в исходной смесиАцетон -Бензол; x2=0.97, x0=0.03108Таблица 4.8. Результаты расчета внутреннего энергосбережения в ректификационнойколонне и суммарных затрат теплотыСмесь: Ацетон - Бензол; x2=0,95, x0=0,05,σ=1.1ψRminRnynоnЭ нyЭ н0ЭнQк,Qпод,Q Σ,МВтМВтМВт-0,176 1,4501,595819270,6151,1360,9821,2530,0001,253-0,097 1,5011,651819270,6231,0730,9391,2030,0731,2750,0001,5671,724819270,63310,8911,1460,161,3060,2001,7161,888720270,6540,8610,8071,0430,331,3730,4001,8892,078620260,6750,7400,7250,950,5021,4520,6002,0892,298621270,6970,6360,6490,8690,6751,5430,8002,3162,548521260,7180,5490,7980,8481,6461,0002,5672,824818250,7380,4770,7381,0221,760,5820,580Рис. 4.7.

Зависимость внутреннего энергосбережения в ректификационной колонне исуммарных затрат теплоты QΣ от доли пара в исходной смесиСмесь: Ацетон - Бензол; x2=0,95, x0=0,05109Таблица 4.9. Энергосбережение и затраты теплоты при разделении смеси Бензол + Толуол (x1=0.5; x2=0.97; x0=0.03) при различных σ(σ=1,1)ψ(σ=1,5)Qк,Qпод,Q∑,МВтМВтМВт0.9571.28601.2860.8881.1830.13300.8011.0360.20.7360.4(σ=2)Qк,Qпод,Q∑,МВтМВтМВт0.9821.47201.471.3160.9211.380.1330.341.3740.8441.2550.9210.5171.440.7880.6740.8190.71.5170.60.6170.7310.880.80.5660.6610.5590.601Эн0.360.21(σ=3)Qк,Qпод,Q∑,МВтМВтМВт0.9931.70501.7051.5140.9421.6290.1330.341.5930.8761.5261.1630.5171.6810.830.7371.090.71.7891.6120.691.0380.881.0641.7230.651.0061.2481.850.6430.994ЭнQк,Qпод,Q∑,МВтМВтМВт12.16702.1671.7620.9612.1190.1332.2520.341.8640.9122.0730.342.4111.4660.5171.9830.8772.0690.5182.5860.7861.4260.72.1240.8452.10.72.81.9180.7661.4210.882.3020.8192.1810.883.0621.0642.070.7171.441.0642.5030.7972.3021.0643.3661.2482.2420.7121.4831.252.7310.7952.4631.253.711ЭнЭн1104.2.

Энергосбережение и затраты теплоты при ректификации тройныхсмесейРазделение смеси трех компонентов с получением каждого компонентатребуемой чистоты проводят в двухколонной установке. При этом возможны двесхемы ректификационных установок (а и б на рис. 4.8). Расчеты с помощьюпрограммного обеспечения Aspen Plus были выполнены для смеси бензол-толуоло. ксилол при атмосферном давлении. Смесь эквимолярного состава (33,3; 33,3;33,4% мольн.) подавалась в первую колонну с расходом L1=0,255 кг/с притемпературе насыщения (кипения).

По первому заданному разделению (схема а нарис. 4.8) верхний продукт содержит бензол требуемой чистоты, а смесь толуола ио. ксилола делится во второй колонне с получением каждого компонента такой жечистоты. Нами задавалась чистота продуктов разделения 98%. По второмузаданному разделению (схема б) верхним продуктом первой колонны являетсясмесь бензола и толуола, которая разделяется во второй колонне.