Диссертация (1090890), страница 18
Текст из файла (страница 18)
4.8а). Значения избыточной молярной энергии Гиббса Δge, характеризующие неидеальность жидкой фазы, связаны с различным соотношением межмолекулярных взаимодействий одноименных и разноименных молекул и находят отражение в величинах коэффициентовактивности компонентов:∆ = ∙ ∙ ( + ),где: x – состав жидкой фазы, мол. д.;R- универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж�моль ∙ К;γ – коэффициент активности компонента в жидкой фазе;T – температура, °К.(а)(б)Рис. 4.8.
Избыточная энергия Гиббса (Дж/моль) растворов пропанола () и воды ()сэтиленгликолем (6) при 25 °С (а) и диаграмма изолиний относительной летучести пропанолаотносительно воды в присутствии этиленгликоля при 101,3 кПа (б).130Моделирование парожидкостного равновесия с использованием уравнения локальных составов NRTL и построение линий постоянной относительнойлетучести (рис. 4.8б) подтвердили возможность использования этиленгликолякак разделяющего агента. В его присутствии увеличивается летучесть пропанола относительно воды.Для четырехкомпонентной смеси эквимолярного состава, принадлежащейподобласти ректификации I-2, предложены схемы полного разделения смеси,включающие комплексы гетероазеотропной и экстрактивной ректификации(рис.
4.9). От схем с расслаиванием на разных стадиях смеси бутанол – вода (вкубе или дистилляте) мы отказались как от капиталоемких.(а)(б)(в)(г)Рис. 4.9. Принципиальные технологические схемы разделения смеси этанол (Э) – пропанол(П) – бутанол (Б) – вода (В) эквимолярного состава с использованием функциональныхкомплексов.K1-K7 – ректификационные колонны;Ф1 – флорентийский сосуд; дополнительныевещества – бензол (Бз), этиленгликоль (ЭГ)При расчете процесса ректификации варьировали общую эффективностьколонн (N), уровни ввода исходной смеси (NF) и разделяющего агента (NРА),флегмовое число (R), расход разделяющего агента (F:РА) для достижения качества продуктов 0,995 мол.д.
Давление во всех колоннах 101,3 кПа. Исходная131смесь подается в виде кипящей жидкости. Статические параметры работы колонн и энергозатраты (Q) (нагрузки на кипятильник колонны) по схемам (а-г)приведены в табл. 4.12.Таблица 4.12.Статические параметры работы колонн и энергозатраты на разделениеэквимолярной смеси этанол (1) – пропанол (2) – бутанол (3) – вода (4)№ колонныNт.т.Nпит.NРАF:РАRQреб.,МВт∑Q,МВтСхема (а)K14520––82.87.33K24019––1.50.77K34019––1.50.31K43017––1.21.21K5454031:45.01.48K6157––10.76Схема (б)K13017––0.81.537.66K24020––82.81K34019––1.50.77K44019––1.50.31K5454031:45.01.48K6157––10.76Схема (в)K14520––82.87.26K24019––1.50.77K34019––1.50.31K44533––1.51.13K5453831:3,245.51.03K6157––10.73K73515––4.10.49Схема (г)K1301331:0,83.730.966.17K23015––2.42.61K3156––1.00.82K4453731:3,75.01.44K5157––1.00.88В схемах (а-в) для решения поставленной задачи использовано сочетаниекомплексовэкстрактивнойректификациисразделяющимагентом–этиленгликолем и гетероазеотропной осушки с бензолом, причем схема (в)132является более капиталоемкой из-за большего количества колонн.
Как видно,энергозатратынаразделениесмесипропанол–водаэкстрактивнойректификацией (колонны K5, K6 в схемах а, б, в) меньше энергозатрат наобезвоживанием пропанола бензолом (табл. 4.11). Схема (г) содержитнаименьшее из рассмотренных схем число аппаратов и является энергетическиболее выгодной. Последнее может быть связано с использованием в схеме двухкомплексов экстрактивной ректификации, которые в большинстве случаев приселективном разделяющем агенте требуют меньших энергозатрат [183].Одновременноподтверждаетсяфактопреимуществеиспользованияэкстрактивной ректификации на стадии разделения многокомпонентной смеси[98].Полученные результаты [184, результаты опубликованы совместно с А.К.
Фролковой] наглядно демонстрируют возможности различных приемов реализации принципа перераспределения полей концентраций между областямиректификации [185] при разделении многокомпонентной смеси. Структурывсех рассмотренных схем включают два функциональных комплекса: гетероазеотропной ректификации (абсолютирование этанола бензолом) и экстрактивной ректификации (разделение азеотропной смеси пропанол – вода в присутствии этиленгликоля). Использование экстрактивной ректификации на первойстадии разделения многокомпонентной смеси дает наиболее энергоэффективный вариант.Таким образом, в главе даны практические рекомендации по выбору разделяющего агента процесса обезвоживания спиртов (этанол, пропанол) гетероазеотропной ректификацией, базирующиеся на величинах коэффициента извлечения воды из водного слоя и коэффициента распределения воды в равновесных слоях, которые, в свою очередь, определяют соотношение продуктовых отборов в ректификационных колоннах.133ВЫВОДЫ1.
С использованием предложенного алгоритма и разработанной нами подпрограммы исследована область трехфазного расслаивания в 4-х реальных и 4х модельных четырехкомпонентных системах разных классов (4.5.2.0, 4.3.0.0,4.4.1.0, 4.6.4.1). В вычислительном эксперименте подтверждены два вида эволюции, приводящие к формированию в тетраэдре: 1) закрытой трехфазной области с переходом ее через критическую ноду в двухфазную; 2) открытой трехфазной области, которая выходит на различные тройные составляющие тетраэдра.2.
На основе термодинамико-геометрического анализа фазовых диаграммсистем изопрен – триметилэтилен – ацетонитрил, алканы С6-С8 – циклогексан– фурфурол – вода и ряда модельных систем показана связь взаимного расположения сепаратрических многообразий и областей расслаивания в концентрационном симплексе на возможность реализации ПППК между областями ректификации и/или достижения требуемого качества продуктовых потоков (приприемлемых технологических параметрах: эффективность колонны; соотношение D/W; флегмовые числа, суммарные энергозатраты).3.
Установлено, что множество синтезированных принципиальных схемразделения, основанных на сочетании ректификации и расслаивания, распадаются на два под-множества: 1) схемы, представляющие комбинацию двух комплексов «колонна-флорентийский сосуд», в которых ПППК реализуется независимо за счет двух- или трехфазного расслаивания; 2) схемы, представляющиекомбинацию двух комплексов, жестко связанных особенностями равновесиядвух или трех жидких фаз («комплекс в комплексе»).4.
При разделении четырехкомпонентных смесей н-алкан – циклогексан –фурфурол – вода, один из компонентов которых принадлежит гомологическомуряду (н-гексан, н-гептан, н-октан), показана энергетическая эффективностьсхем с предварительным расслаиванием исходной смеси.1345. Предложенный прием линеаризации соотношения равновесных концентраций н-алкана и циклогексана в углеводородном слое позволяет упроститьрасчет материального баланса схем разделения смесей н-алкан – циклогексан –фурфурол – вода.6. Предложена методика формирования множества разделяющих агентовгетероазеотропной ректификации, построенная на учете геометрических особенностей структуры фазовой диаграммы жидкость – жидкость – пар (на примере систем класса 3.3.1-2) и обладающая прогностическими возможностями.135СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙСОКРАЩЕНИЯПППК – принцип перераспределения полей концентраций;ЭР – экстрактивная ректификация;ГАР – гетероазеотропная ректификация;РА – разделяющий агент;ЭГАР - экстрактивно-гетероазеотропная ректификация;ПЖР – парожидкостное равновесие;Ж-Ж – равновесие жидкость – жидкость;АН – ацетонитрил;Б – бутанол;Бз – бензол;В – вода;Гс – н-гексан;Гп – н-гептан;И – изопрен;О – н-октан;П – пропанол;ТМЭ – триметилэтилен;Э – этанол;ЭГ – этиленгликоль;Ф – фурфурол.ОБОЗНАЧЕНИЯi, j, k, l, 1, 2, 3, 4, 5 – обозначение компонентов;x – концентрация компонента, мол.д.;X – брутто-концентрация компонента, мол.д.;T – температура, °С;P – давление, кПа;136Aij, Aji, Bij, Bji, Cij – параметры уравнения NRTLKi – обозначение колонны на схеме, где i - порядковый номер колонны;Фi - обозначение флорентийского сосуда на схеме, где i-порядковый номер сосуда;N – эффективность колонны;R – флегмовое число;D/W – отношение количества потока дистиллата к кубовому потоку;Qреб.
– нагрузка на ребойлер колонны, МВт;∑Q – суммарные энергозатраты на разделение.I, II, III – обозначение области дистилляции;I (II, III) - i – обозначение подобласти ректификации, где i - порядковый номерподобласти; ′ , ′′ , ′′′ (′ , ′′ , ′′′ ) – составы (количества) равновесных жидких фазИНДЕКСЫкип – кипение;пит – индекс тарелки подачи питания колонныаз – азеотроп;137СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ1. Тимофеев, В.С.
Физико-химические основы технологии разделения гетероазеотропных многокомпонентных смесей: дис. … докт. техн. наук / ТимофеевВладимир Савельевич. – М., 1974. – 463 с.2. Колючкина, Г. Я. Исследование в области разделения гетероазеотропныхсмесей: дис. … канд. техн. наук / Колючкина Галина Яковлевна.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
