Диссертация (1090890), страница 13
Текст из файла (страница 13)
3.3 в)с предварительным расслаиванием на первой стадии разделения. В четырехкомпонентных системах при наличии трехфазного расслаивания один из слоевсодержит два продуктовых вещества, в частности, н-гексан и циклогексан в соотношении, заданном равновесием жидкость – жидкость – жидкость и отличающемся от соотношения этих концентраций в исходной смеси.Повтор рис. 3.3 в. Принципиальная технологическая схема разделения смеси н-гексан –циклогексан – фурфурол – вода с обозначением потоков.91Для приведения в соответствие равновесных и балансовых соотношенийпродуктовых веществ, т.е. для обеспечения стационарного режима работы схемы, предложен прием [169, результаты получены совместно с А. К.
Фролковой], позволяющий упростить расчет материального баланса. Этот приемвключает следующие процедуры:1) принимается линейность изменения соотношения концентраций компонентов Гс /цг в углеводородном слое ′ , что согласуется с результатами вы-числительного эксперимента (пунктирная прямая на рис. 3.5(табл. П2.10);2) соотношения концентраций компонентов Гс /цг в исходных смесяхразного состава F1,2,3 представляются графически (сплошные линии на рис. 3.5);Точка пересечения этих прямых, например, для эквимолярной смеси F2 отвечает равному соотношению Гс /цг в исходной смеси и в углеводородномслое. Исходя из данных фазового равновесия жидкость-жидкость-жидкость,находим составы и количества фурфурольного и водного слоев, отвечающихконкретной балансовой задаче.Рис. 3.5.
Изменение концентрации н-алкана и циклогексана в углеводородном слое ( ′ ) и висходных смесях (F1,2,3).В табл. 3.11 приведен материальный баланс схемы 3.3в.92Таблица 3.11.Материальный баланс схемы разделения смеси н-гексан – циклогексан –фурфурол – вода эквимолярного состава (рис. 3.3в)Наиме- КоличествоКоличество компонента,нованиепотока,кмоль/чпотокакмоль/чГсЦГФВF0100.025.0 25.0 25.0 25.0F*115.87825.658 25.482 26.023 38.71553.72925.0 25.0 3.605 0.124′D125.12425.0000.124W128.605025.0 3.6050D225.000025.000W23.605003.6050′′33.685000.528 33.156D38.809000.528 8.280W324.87600024.876′′′28.4650.657 0.482 21.890 5.435D47.0690.657 0.482 0.495 5.435W421.3950021.3950Состав, мол.д.Гс0.250.22140.46530.99510000000.02310.09300ЦГ0.250.21990.465300.8740100000.01690.06820Ф0.250.22460.067100.1260010.01570.0600.7690.07001В0.250.33410.00230.00490000.98430.9410.19090.76880Определенные трудности возникают при расчете материального балансасхем, представленных на рис.
3.3 б, д, и связаны они с неопределенностью состава дистиллатного потока D1, расположенного на сепаратрисе. Для нахождения состава потока D1 и дальнейшего расчета материального баланса необходимо предварительно произвести расчет в специализированном программномкомплексе колонны K1, работающей в режиме бесконечной эффективности.После чего следует привести в соответствие равновесные и балансовые соотношения продуктовых веществ по методике, описанной выше.Повтор рис. 3.3 б, д. Принципиальные технологические схемы разделения смеси н-гексан –циклогексан – фурфурол – вода93Суммарный материальный баланс при разделении смеси эквимолярногосостава по схеме 3.3д представлен в табл.
3.12.Таблица 3.12.Материальный баланс схемы разделения смеси н-гексан – циклогексан –фурфурол – вода эквимолярного состава (рис. 3.3д)Наиме- КоличествоКоличество компонента,нованиепотока,кмоль/чпотокакмоль/чГсЦГФВF0100,025,0 25,0 25,025,0∗102,2725,0 25,0 25,14 27,13D178,2625,0 25,0 1,13 27,13′51,0525,0 25,0 0,990,06D225,0625,00 0,000,06W225,99025,0 0,990D325,00025,000W30,99000,990,00′′27,21000,14 27,07D42,27000,142,13W424,9400024,94Состав, мол.д.Гс0,250,24450,31940,48970,9976000000ЦГ0,250,24450,31940,489700,961810000Ф0,250,24580,01440,019500,0382010,0050,060В0,250,26530,34670,00120,00240000,9950,941Результаты расчетов материальных балансов схем разделения смесей других составов представлены в приложении (табл.
П3.1).После расчета материального баланса в различных пространственных контурах, выступающего в роли первого приближения, был проведен расчет схемыв целом с использованием специализированного программного комплекса и подобраны статические параметры работы ректификационных колонн, которыеобеспечивают получение продуктов заданного качества, отвечающего требования ГОСТ/ТУ.Оптимизация работы схем производилась в два этапа.
На первом этапе врежиме поверочного расчета при фиксированных значениях эффективностейколонн (число теоретических тарелок), уровня ввода исходной смеси и величинотборов (D/W) путем изменения величины флегмы определялась принципиальная возможность достижения требуемого качества дистиллатного потока. Навтором этапе, зафиксиров требования к качеству продуктового потока и варьируя эффективность колонны и уровень подачи питания, определяем минималь-94ное значение флегмы. Этому условию будет отвечать условие минимальнойнагрузки на ребойлер.
В табл. 3.13 представлены итоговые статические параметры работы колонн и приведены суммарные энергозатраты (сумма величиннагрузок на ребойлеры колонн) при разделении смесей разного состава (принадлежит подобласти II-1). Ректификационные колонны работают при давлении 101,3 кПа, флорентийские сосуды – при температуре 20 °С.Таблица 3.13.Влияние состава исходной смеси на параметры работы колонн и энергозатратысхем разделения смеси н-гексан – циклогексан – фурфурол – вода№ схе№ коПараметры работы колонны Qреб., ∑Q,мылонны Nт.т. Nпит.МВтМВтRD/W(рис. 3.3)Исходная смесь: Гс = 0.25; цг = 0.25; ф = 0.25; в = 0.253.3а160405.80.463 3.675 2.708240390.79.640.7231010.356 0.22941610.325 0.2123.3д11013.30.848 2.973260416.760.962.037332280.72 25.99 0.62241610.110.1643.3в160406.77 0.8772.112.511232280.87 6.933 0.82831610.355 0.21141210.332 0.221Исходная смесь: Гс = 0.03; цг = 0.04; ф = 0.03; в = 0.903.3а160306.080.040.226 1.078230270.539.630.06431510.361 0.76241510.320 0.02653.3б11510.7521.011.338260404.01 0.657 0.231330271.23 0.745 0.06641510.329 0.0313.3в160405.880.660.221 0.609230270.310.740.05231510.351 0.02641510.331 0.03195Продолжение таблицы 3.13.№ схе№ коПараметры работы колонны Qреб., ∑Q,мылонны Nт.т.
Nпит.МВтМВтRD/W(рис. 3.3)Исходная смесь: Гс = 0.50; цг = 0.30; ф = 0.10; в = 0.103.3г160404,01 0.907 2,301 5.785260395,96 1.264 2,987320161,03.011 0,4973.3д114111.32 0.878 4.293260405.577 1.580 2.987320170.616.69 0.39741510.120.0313.3в160407.01.432 3.679 4.256232281.05.980.49531610.350.05141210.331 0.031Из табл. 3.13 видно, что наиболее энергоэффективной является схема с использованием предварительного трехфазного расслаивания смеси на первойстадии разделения. Как показал вычислительный эксперимент, такая тенденциянаблюдается при разделении смесей рассмотренных составов.
Стоит отметить,что при разделении смеси, находящейся во II-2 подобласти ректификации возможно использование трех ректификационных колонн (рис. 3.3г), но несмотряна меньшие по сравнению с другими вариантами разделения (3.3в, д) капитальные затраты, данная схема является более энергоемкой.3.3.2. Системы н-гептан (н-октан) – циклогексан – фурфурол – водаРаботоспособность представленных схем (рис. 3.4) была подтвержденарасчетом процесса ректификации. Для этого нами для трех составов исходныхсмесей, принадлежащих разным подобластям ректификации, рассчитан материальный баланс схемы и подобраны статические параметры работы ректификационных колонн.Трудности при расчете материального баланса схем (рис. 3.4) аналогичныописанным в предыдущем разделе. В дополнение к ним выделение продуктовых потоков н-гептана (н-октана) и циклогексана происходит из углеводородных слоев, образующихся в результате двух- или трехфазного расслаивания в96разных флорентийских сосудах. В этом случае для нахождения уравнения прямой, связывающей балансовое соотношение н-алкана и циклогексана, необходимо записать материальный баланс для двух контуров (схемы 3.4б – д) [170,результаты получены совместно с А.
К. Фролковой]. Рассмотрим для примерасхему 3.4в.Повтор рис. 3.4 в. Принципиальные технологические схемы разделения смеси н-гептан –циклогексан – фурфурол – вода с обозначением потоковI контур: колонна (K1) + флорентийский сосуд (Ф2)Общий материальный баланс: ′ = 1 + ′ + ′′Покомпонентный материальный баланс:′′′′′ ∙ Гп= 1 ∙ Гп1 + ′ ∙ Гп+ ′′ ∙ Гп- по н-гептану:′′′′′ ∙ цг= 1 ∙ цг1 + ′ ∙ цг+ ′′ ∙ цг- по циклогексану:′′′′′ ∙ ф = 1 ∙ ф 1 + ′ ∙ ф + ′′ ∙ ф- по фурфуролу:′Назначение контура I выделение всего циклогексана (цг1 = 1, цг=′′0, цг= 0) в качестве дистиллатного потока колонны K1. Таким образом, вели-чина потока ′ составляет: ′ =1′цг.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
