Разделение смеси бензол – циклогексан – этилбензол – н-пропилбензол экстрактивной ректификацией (стр. 8 из 9)

Заметим, что независимо от температуры подачи ЭА оптимальные уровни подачи экстрактивного агента и исходной смеси находятся на 4 и 11 (10-ой для Т=90⁰С) тарелках соответственно.

Далее рассмотрим изменение энергозатрат в колонне регенерации от положения тарелки питания при различных температурах подачи экстрактивного агента. Результаты представим в табл. 9.

Таблица 9. Зависимость энергозатрат в колонне регенерации от положения тарелки питания

Температура, оС	Оптимальная тарелка питания	Энергозатраты, ГДж/час
100	11	22,550
90	11	22,208
80	11	22,871
70	11	22,942
60	11	23,020

Как видно из табл. 9, с изменением температуры экстрактивного агента положение оптимальной тарелки питания в колонне регенерации не меняется.

Таким образом, мы провели параметрическую оптимизацию схемы экстрактивной ректификации. В итоге нами был получен набор оптимальных параметров работы технологической схемы, при котором энергопотребление минимально:

· температура подачи ЭА 100 ^оС;

· оптимальный расход ЭА 70 моль/ч (F:ЭА = 1:0,7);

· N_ЭА/N_F = 4/11;

· тарелка питания колонны регенерации - 11;

Определение оптимальных рабочих параметров экстрактивной ректификации по схеме с использованием разделяющего агента во второй колонне

Рассмотрим технологическую схему разделения четырехкомпонентной азеотропной смеси с использованием тяжелолетучего экстрактивного агента, представленную на рис. 10.

Рис. 10. Принципиальная схема разделения четырехкомпонентной азеотропной смеси

Исходная смесь, содержащая циклогексан, бензол, этилбензол, н-пропилбензол, поступает на разделение в колонну 1, где происходит отделение зеотропной и азеотропной составляющих друг от друга. Верхним продуктом колонны 1 является фракция азеотропообразующих компонентов – циклогексан-бензол, а кубовым продуктом – смесь этилбензола и н-пропилбензола, которая далее разделяется в простой двухсекционной колонне 4. Разделение смеси циклогексан – бензол происходит с применением традиционного комплекса экстрактивной ректификации с тяжелолетучим разделяющим агентом (анилин). Азеотропную смесь подают в середину колонны 2, а экстрактивный агент – в верхнюю её часть. Таким образом, происходит выделение циклогексана в качестве дистиллата колонны 2. Оставшуюся смесь бензола и анилина разделяют в колонне регенерации 3, бензол отбирают с верха колонны, а экстрактивный агент – с низа и направляют на рецикл в колонну 2.

Рассматриваемая технологическая схема относится ко второй группе схем экстрактивной ректификации, в которой первоначально происходит фракционирование смеси, а разделяющий агент применяется во второй колонне.

Снижение энергозатрат на разделение рассмотренной технологической схемы можно добиться нахождением оптимальных параметров работы её экстрактивного комплекса (при фиксированных количестве, составе и температуре исходной смеси и заданном качестве продуктовых потоков необходимо определить оптимальные температуру, расход ЭА, а также уровни ввода исходной смеси и разделяющего агента).

Все расчеты проводили на 100 кг/ч четырехкомпонентной смеси эквимолярного состава. Качество продуктовых фракций задавали равным 99% мольн. целевого компонента, экстрактивного агента – 99,9%. Разделяемую смесь подавали в колонну при температуре кипения.

На первом этапе мы исследовали влияние на энергозатраты температуры подачи в колонну ЭР при фиксированном соотношении исходная смесь : ЭА = 1 : 2.

Мы рассчитали энергозатраты при температурах подачи ЭА в колонну 60, 70, 80, 90 и 100 °С. При этом для каждой температуры определили положение тарелок питания, при котором энергопотребление в кубе минимально. Результаты расчета приведены в табл.10 и рис. 11.

Таблица 10.

Изменение энергозатрат в зависимости от температуры подачи экстрактивного агента. F: ЭА = 1:2

Температура подачи ЭА, 0С	NЭА/NF	Флегмовое число колонны 2	Энергозатраты, ГДж/час
			колонны 2	суммарные
100	4/11	1.01	2.13	11.17
90	4/11	0.58	2.17	11.21
80	5/11	0.33	2.33	11.36
70	4/12	0.25	2.59	11.63
60	4/11	0.18	2.83	11.86

Рис. 11.Изменение энергозатрат в зависимости от температуры подачи ЭА

Видно, что оптимальное положение тарелок подачи исходной смеси и ЭА практически не изменяется с изменением температуры последнего. Флегмовое число с увеличением Т_ЭА растет. Это связано с тем, что при более высокой температуре возрастает концентрация ЭА в укрепляющей секции колонны и для получения циклогексана заданного качества требуется возвращать в колонну больший поток флегмы. В данном случае суммарные энергозатраты и энергозатраты в кубе колонны 2 растут с уменьшением температуры, что видно из рисунка 11.

Далее мы рассмотрели зависимость энергозатрат на разделение в зависимости от температуры подачи ЭА и расхода ЭА. В табл. 11 и рис 12 представлена зависимость энергозатрат для фиксированной температуры и уровней подачи ЭА и питания.

Таблица 11.

Зависимость энергозатрат от расхода ЭА при температуре его подачи 100ºС. Уровни подачи N_ЭА/N_F = 4/11

Расход ЭА, моль/час	Флегма колонны 2	Энергозатраты, ГДж/ч
		Колонны 2	Суммарные
50	1,49	1,92	10,41
60	1,48	1,87	10,37
70	1,31	1,80	10,32
80	1,23	1,75	10,32
90	1,18	1,75	10,35
100	1,15	1,76	10,40

Рис.12. Зависимость энергозатрат на разделение в зависимости от температуры подачи ЭА

Видно, что существует оптимальное количество подаваемого разделяющего агента. Для температуры 100 С оно составляет 80 моль/час. Появление минимума на зависимости энергозатрат подробно обсуждалось в предыдущем случае. Далее рассмотрим изменение энергопотребления от расхода ЭА при различных температурах. Результаты представим в табл. 12.

Таблица 12.

Зависимость энергозатрат на разделение от Т_ЭА и расхода ЭА, N_ЭА/N_F=4/11

Температура подачи ЭА, оС	Опт расход ЭА, моль/час	Флегмовое число колонны 2	Энергозатраты, ГДж/час
			колонны 2	суммарные
100	80	1.23	1.75	10.32
90	80	1.04	1.75	10.32
80	80	0.86	1.75	10.32
70	70	0.84	1.73	10.27
60	60	0.66	1.67	10.17

Видно, что при различных Т_ЭА значение оптимального расхода РА практически не изменяется. При уменьшении температуры от 100 до 60 ⁰С флегмовое число уменьшается, достигая минимального значения при 100 ⁰С. Оптимальный расход ЭА равен 60 моль/час.

Рассмотрим зависимость расхода ЭА и энергозатрат от уровней подачи ЭА и смеси.

Таблица 13. Зависимость величины минимального и оптимального расхода ЭА от его температуры и положения тарелок питания

NЭА/NF	Расход ЭА, моль/час		Энергозатраты в кубе, ГДж/ч
	Оптимальный	Минимальный	при опт. расходе	при мин. расходе
Т= 100 0С
4/10	60	50	10.163	10.169
4/11	80	50	10.318	10.411
4/12	90	50	10.677	11.299
5/10	60	50	10.158	10.159
5/11	80	50	10.315	10.378
5/12	100	50	10.666	11.193
Т=900С
4/10	60	50	10.164	10.170
4/11	80	50	10.319	10.412
4/12	100	50	10.669	11.299
5/10	50	50	10.159	10.159
5/11	80	60	10.315	10.378
5/12	100	60	10.667	11.192
Т= 800С
4/10	60	50	10.164	10.173
4/11	80	50	10.319	10.422
4/12	100	50	10.670	11.300
5/10	60	50	10.160	10.161
5/11	80	50	10.319	10.422
5/12	100	50	10.667	11.193
Т=700С
4/10	60	50	10.164	10.174
4/11	80	50	10.319	10.423
4/12	100	50	10.670	11.343
5/10	60	50	10.162	10.161
5/11	80	50	10.317	10.389
5/12	100	60	10.667	11.193
Т=600С
4/10	60	50	10.165	10.177
4/11	80	50	10.321	10.423
4/12	100	50	11.300	13.487
5/10	60	50	10.162	10.164
5/11	80	50	10.317	10.389
5/12	100	50	10.668	11.193

При снижении температуры расположение тарелок подачи не изменяется (5/10), оптимальный расход равен 60 моль/час. Минимальные суммарные энергозатраты достигаются при температуре 100 ⁰С.