Реферати українською » Химия » Поділ суміші бензол - циклогексан - етилбензол - н-пропілбензолу екстрактивної ректифікацією


Реферат Поділ суміші бензол - циклогексан - етилбензол - н-пропілбензолу екстрактивної ректифікацією

Страница 1 из 5 | Следующая страница

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ РФ

МОСКОВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯТОНКОЙХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГІЇ ІМЕНІ М. В.ЛОМОНОСОВА

КафедраХимии і Технології

ОсновногоОрганического Синтезу

>Аттестационная робота з темі:

«Поділ суміші бензол –циклогексан – етилбензол –н-пропилбензолекстрактивной ректифікацією»

на здобуття наукового ступеня бакалавра в напрямі 550800

«Хімічна Технологія і Біотехнологія»

Заст. завідувачакафедройА.В. Тимошенко

д.т.н., проф.

Керівники:

д.т.н.,проф.А.В. Тимошенко

асп. Л. В. Іванова

>СоискательА.В. Макашова

Москва 2004


Список скорочень

МБ – матеріальний баланс

ТБ – теплової баланс

Т – температура, проЗ

>ЭА –екстрактивний агент

РА – розмежує агент

ЕР –екстрактивная ректифікація

Б – бензол

ЦГ –циклогексан

ЕБ – етилбензол

ПБ –н-пропилбензол

N>ЭА рівень подачіекстрактивного агента

NF рівень подачі харчування

>ПЖР –парожидкостное рівновагу


 Запровадження

Процес ректифікації грає провідної ролі серед процесів поділу промислових сумішей. Велика енергоємність процесу робить пошук оптимальних схем поділу актуальним хімічної технології. У промисловості поділу піддаються багатокомпонентні суміші як простихзеотропних, і складнихазеотропних сумішей. У разі у зв'язку зтермодинамико-топологическими обмеженнями отримання чистих продуктів звичайній ректифікацією неможливо. Аби вирішити цієї проблеми запропонований ряд методів, однією із єекстрактивная ректифікація з допомогою котрий поділяє агента. Він досить простий ваппаратурном оформленні та не вимагає значних енерговитрат проти іншими методами поділуазеотропних сумішей.

Сьогодні склалася класифікація схемекстрактивной ректифікації, за якою розмежує агент застосовується різними етапах поділу. Отже, виникає поліваріантність організації процесу необхідність дослідження кожної варіанта з єдиною метою виявити найменш енергоємний.

У цьому роботі розглядаються традиційні схеми поділуазеотропних сумішей, які з простих двосекційних колон. Мета роботи залежить від розробці енергозберігаючого процесуекстрактивной ректифікаціїазеотропной суміші.


Літературний огляд

Методи поділуазеотропних сумішей

У різних галузях промисловості використовують різноманітні рідкі й газові суміші, підлягають поділу на чисті компоненти чи фракції різного складу. Поділ таких сумішей проводять у комплексах, заснованих на виключно процесі ректифікації.

Якщо суміш утворюєазеотроп, що його поділ на практично чисті компоненти методом звичайній ректифікації стає дуже важко. У разі необхідно використовувати спеціальні методи ректифікації:

1) поділ комплексно колон, працюючих під різнимидавлениями;

2)екстрактивную ректифікацію;

>3)азеотропную ігетероазеотропную ректифікацію.

 

>Азеотропним сумішам притаманнітермодинамико-топологические обмеження виділення кінцевих фракцій заданого складу. Основою подолання обмежень служить принцип перерозподілу полів концентрацій між областями поділу [1–3]. Цей принцип може бути реалізовано з допомогою однорідних і неоднорідних (із включенням екстракції, адсорбції, абсорбції, хімічних та інших. методів поділу) розділювальних комплексів. У першому випадку процес ректифікації то, можливо організований отже одному з етапів здійснюється виділенняазеотропной фракції, які потім піддається поділу з допомогою спеціальних методів. Якщо це фракція двох і більше компонентів, можна використовуватиекстрактивную ректифікацію чи поділазеотропного складу під різнимидавлениями. Якщо фракція містить понад двох компонентів, з'являється можливість застосувати потреби ділити методи, використовують кривизну котрий поділяє різноманіття [3, 4]. У працях [2, 5] запропонований загальний підхід до синтезу схем ректифікації багатокомпонентнихнеидеальних (включаючиазеотропние) сумішей, заснований на понятті області ректифікації. Авторами [6–8] запропоновані деякі підходи до синтезу технологічних схем ректифікації багатокомпонентних сумішей, містять один бінарнийазеотроп. У цьому використовується метод поділуазеотропной суміші під різнимидавлениями.

Поділазеотропних сумішей в комплексах, працюючих під різним тиском

Застосування цього методу розглядаються авторами [6-9]. Для поділуазеотропних сумішей використовуються комплекси (мал.1), працюючі під різним тиском, що дозволяють подолати обмеження фізико-хімічного характеру і реально отримувати продукти необхідної чистоти.

Мал.1. Поділазеотропних сумішей в комплексах, працюючих під різним тиском

У разі використовується зміна складуазеотропной суміші зі зміною температури (за зміни тиску) [11]. Зміна складуазеотропа,приходящееся однією градус температури, відповідно до правилуВревского, залежить від різницімолярнихтеплот випаровування компонентів. Отже, аналізований метод поділу то ефективніший, що більше відрізняються теплоти випаровування компонентів поділюваної суміші. Зазвичай теплоти випаровування значно різняться у речовин різної хімічної природи. Але практичне застосування методу обмежена,т.к. інтервал зміни тиску, своєю чергою, обмежений температурамихладагентов, що використовуються конденсації парів вдефлегматорах, і теплоносіїв, застосовуваних кубах ректифікаційних установок.

>Азеотропная ректифікація

Методазеотропной ректифікації застосуємо як сумішей малим коефіцієнтом відносної летючості, таказеотропообразующих сумішей (зокрема при складах, близьких доазеотропу). Приазеотропной ректифікації розмежує агент утворює із будь-яким компонентом поділюваної сумішіазеотроп з іншим співвідношенням компонентів, ніж у вихідної суміші, якщо остання єазеотропообразующей. Як поділяючих агентів можна застосовувати речовини, що утворюютьгомоазеотропи з компонентами вихідної суміші (що можуть бутиазеотропи з максимумом чи мінімумом температур кипіння), абогетероазеотропи, які становлять потрійні суміші поділюваних компонентів Проте й У з поділяючим агентом РА. В усіх випадках одне із компонентів поділюваної суміші в колоніазеотропной ректифікації можна отримати в практично чистому вигляді [10].

Найскладнішим і енергоємним в схемахазеотропной ректифікації є вузол поділуазеотропной суміші.

Кілька простіше поділ суміші з допомогою котрий поділяє агента, утворитьгетероазеотроп (мал.2). Останній після конденсації утворює два рідких шару з різними співвідношеннями поділюваних компонентів у яких. Цю відмінність можна в складах двох верств дозволяє вживати колону меншою ефективності (висоти) проти освітоюгомоазеотропа. Температура кипіннягетероазеотропа завжди нижче, ніж в компонентів поділюваної суміші. >Расслаивание ідекантациюгетероазеотропной суміші здійснюється в флорентійському посудині, що дозволяє роздільно виводити верстви легкої важкою рідини.

Рис.2. Принципова схема поділугетероазеотропной суміші

Поділазеотропних сумішей методомекстрактивной ректифікації

Найчастіше практично задля подоланнятеродинамико-топологических обмежень виділення кінцевих фракцій заданого складу використовують методекстрактивной ректифікації.

Цей метод грунтується збільшенні рушійної сили процесу поділу з допомогою зміни умов рівноваги між рідиною і пором, що досягається шляхом додавання до заданої суміші спеціально підібраних речовин – поділяючих агентів. Якщо потрібно розділити досить чисті компонентитрудноразделимую бінарну суміш, до такої суміші додають спеціально підібраний компонент (зазвичайтруднолетучий), вибірково розчинюючий одне із компонентів вихідної суміші мало розчинюючий інший. Інакше кажучи, введення у систему третього компонента помітно знижує пружність паріврастворяемого компонента бінарною суміші, збільшуючи цим коефіцієнт відносної летючості поділюваної суміші.

Вибір котрий поділяє агента

При виборі поділяючих агентів для процесівазеотропной іекстрактивной ректифікації повинні враховуватися властивості системи, підлягає поділу. Насамперед, в вихідної системі слід визначити вимоги, які пред'являються поділяючому агенту. Здебільшого, що розділяють агенти, використовувані у процесахазеотропной іекстрактивной ректифікації повинні задовольняти наступним вимогам:

1) вибірковість, тобто. зміна відносної летючості компонентів заданої суміші в бажаному напрямі;

2) легкість регенерації з сумішей з компонентами системи,подвергаемой поділу;

3) легке відділення від продукту;

4) безпеку зверненні, доступність і дешевизна;

5) інертність стосовно компонентами заданої суміші,термостабильность, нездатність викликати корозію апаратури.

Найбільш складним завданням є вибір поділяючих агентів, які відповідають першому вимозі, тоді як наступні вимоги ставляться до звичайних технологічнихвопросов.[11,12]

Кількісний ефект від участі використання котрий поділяє агента, за інших рівних умов, визначається її концентрацією в колоні. Тому на випадок безупинної ректифікації на лінії рівноваги спостерігається стрибок концентрацій в паровий фазі, обумовлений зміною концентраціїекстрактивного агента в рідини під час подачі в колону вихідної суміші.

Крім виборчого розчинення однієї з компонентів поділюваної суміші,екстрактивний агент повинен відповідати ряду вимог; основні з цих вимог такі [11,12]:

— вона повинна утворюватиазеотропов з компонентами вихідної суміші (що його можна було без труднощів згодом відокремити від нього з його регенерації й отримання чистих компонентів);

— він має суттєво відрізнятимуться від компонентів вихідної суміші по температурі кипіння, тобто. б бути значно більштруднолетучим, ніж ВКК вихідної суміші, чи (буває рідше) значно більшелегколетучим, ніжнизкокипящий компонент вихідної суміші (що дозволяє його виділити без великих енергетичних і капітальних видатків).

Методекстрактивной ректифікації у проведенні процесу ректифікації знелетучими які поділяють агентами, чи мають значно меншу відносну летючість, ніж компоненти заданої суміші. У процесахекстрактивной ректифікації практично весь розмежує агент відводиться з кубової рідиною, адистиллат зазвичай потрапляє у дуже невеликих кількостях.Разделяющий агент подається вректификационную колону на деякій відстані від неї верхи і стікає разом ізфлегмой. Освітаазеотропних сумішей поділяючим агентом з компонентами вихідної суміші небажано щоб уникнути забрудненнядистиллата поділяючим агентом.

Однак у окремих випадках дляекстрактивной ректифікації застосовуються що розділяють агенти, що утворюютьазеотропную суміш з компонентом,отбираемим якдистиллата. Такий процес називаєтьсяазеотропно-екстрактивной ректифікацією.

 

Класифікація схемекстрактивной ректифікації

На цей час склалася класифікація схемекстрактивной ректифікації. Умовно все технологічні схеми можна розділити на дві основні групи [13]. До першої групи схем ставляться схеми із застосуваннямЭА У першій колоні і виділеннямазеотропобразующего компонента першому етапі (>рис.3а, в).

До другої групи схем ставляться структури, у яких спочатку відбувається фракціонування вихідної суміші відділеннязеотропной іазеотропной складових друг від друга (рис.3б). Далі кожна з яких поділяється в послідовності простих двосекційних колон й у комплексіекстрактивной ректифікації відповідно. І тутЭА може застосовуватися про всяк стадії поділу, крім першої.

>Рис.3. Поділ суміші АВС методомекстрактивной ректифікації (>а),(в) – із застосуваннямЭА У першій колоні, (б) – зфракционированием вихідної суміші

 

У цілому нині, ці дві класу схем охоплюють всіх можливих варіанти поділу. Схеми з першого класу для ректифікації сумішей з низькоюразмерностью концентраційного простору можна використовувати як елементи поділу сумішей на другий групі схем для сумішей вищої розмірності.

>Экстрактивний агент повинен спрямовуватися лише у ту колону (колони), де його застосування необхідне поділу суміші. Тому іноді доцільно застосування послідовно з'єднаних комплексівекстрактивной ректифікації (рис.4 а).

А б

>Рис. 4. Схемиекстрактивной ректифікаціїтрехкомпонентной суміші при виділення першої колоні індивідуальногоазеотропообразующего компонента

Що стосується складного портретаПЖР з кількомаазеотропами виникає потреба подачіЭА одночасно у дві колони комплексу (рис. 4 б). Таку організацію процесу треба завжди зіставляти з цими двома послідовно пов'язаними комплексами ЕР виявлення найефективнішого рішення.

Застосуванняекстрактивной ректифікації потреби ділити промислових сумішей

Методиекстрактивной ректифікації нині застосовуються на вирішення різноманітних завдань із поділу рідких сумішей, і навіть для інтенсифікації процесів поділу. Нафта і природного газу широко застосовують у хімічної в промисловості й цим викликана необхідність поділу сумішейблизкокипящих вуглеводнів. Останнім часом знаходять дедалі більше застосування комбіновані РА, що дозволяє понизити температуру кипіння кубової рідини (це має важливе значення, якщо температури кипіння компонентів заданої суміші і РА принципово різняться).

Процесекстрактивной ректифікації що ніколи не використовуються самостійно, а є стадіями технологічних процесів поділу сумішей. Широко застосовується виділення ароматичних вуглеводнів з природних сумішей і сумішей з неорганічними компонентами, виділення, тож очищення1.3-диоксолана, поділу вуглеводнівС4-С5 тощо.

Виділення бутадієну з сумішей вуглеводнів С4 [12]

Методом ЕР вирішується одне з великих промислових проблем – виділення бутадієну з сумішей вуглеводнів С4. Процесиекстрактивной ректифікації грають найважливішу роль загальному комплексі виробництва бутадієну. Існує дві шляху одержання бутадієну з урахуванням методу ЕР. Перший шлях – безпосереднє виділення бутадієну з газів крекінгу; другий – виділення бутадієну з сумішей, які утворюються при послідовному каталітичномудегидрировании бутану ібутиленов.

Згідно з умовами поділу обидві ці способу у принципі рівноцінні. Відрізняються ці методи лише відносним змістом компонентів у вихідних сумішах.

Розглянемо метод виділення бутадієну з сумішей, які утворюються придвухстадийном каталітичномудегидрировании бутану.

Суміші, у тому числі виділяєтьсябутадиен, містять (після відділеннянизкокипящих компонентів — наприклад, водню, метану,етана) речовини, наведені у табл.1 гаразд зростання температури кипіння.

>Бутадиен збутаном утворюєазеотроп, який за тиску 8ат містить 21 мовляв.% бутану. Ця обставина змусило звернутися до методуекстрактивной ректифікації.Наилучшими які поділяють агентами було визнанофурфурол, ацетон і фенолу в суміші із жовтою водою.Бутилени виходять зі ступенем чистоти 95—98%.

Принципова схема установки поділубутан-бутиленових сумішей представлена на див. мал.5.


Таблиця 1. Температури кипіння поділюваних речовин

>Углеводороди Температура кипіння, З >Углеводороди Температура кипіння, З
>Пропилен -47,70 Бутан -0,50
>Пропан -42,07 >Транс-бутилен 2 0,88
>Метилацетилен -23,20 >Цис-бутилен-2 3,72
>Изобутан -11,73 >Винилацетилен 5,1
>Изобутилен -6,9 >Этилацетилен 8,7
>Бутилен – 1 -6,26 >Диацетилен 9,8
>Бутадиен-1,3 -4,41 >Диметилацетилен 26,99

>Рис.5. Схема процесу поділубутан-бутиленових сумішей:

>1-ректификационная система; 2, 3, 5- колони;4-системаекстрактивной ректифікації

Перша стадія процесу — виділення очищеннябутиленов, і навіть отримання практично чистого бутану. У суміші присутні невеликі кількості сполук з температурами кипіння нижчі й вище, ніж температури кипіння вуглеводнів С4. Цю суміш подають уректификационную систему 1, що складається з цих двох послідовних колон. У цьому системі виробляється виділеннябутилена-1 шляхом чіткої ректифікації. Разом збутиленом-1 яказеотропа збутаном відганяєтьсябутадиен. Удистиллате містяться й у невеликих кількостях вуглеводніСз і найлегші вуглеводні С4изобутан іизобутилен. Цейдистиллат подається в колону 2 дляотгонки вуглеводнів С3. Отримана у цій колоні як кубової рідини суміш направляють у систему виділення бутадієну, у якійбутилен-1 відганяється в сумішібутиленов, яке б другу стадіюдегидрирования.

>Кубовая рідина ректифікаційної системи 1 вступає у колону 3, виділенняпентана та інших висококиплячих домішок, які у процесі ректифікації концентруються в кубової рідини. Отриману якдистиллата сумішбутиленов і бутану подають у системуекстрактивной ректифікації 4, що складається з цих двох послідовних колон. Як котрий поділяє агента застосовуютьфурфурол, у якому ~6 вагу. % води. У нинішньому виглядідистиллата у процесіекстрактивной ректифікації виходить бутан,возвращаемий надегидрирование.Бутилени відводяться в суміші з поділяючим агентом з куба. Цю суміш подають уотгонную колону 5, у якійотгоняютсябутилени, а розмежує агент відбирають з куба в проміжну ємність, з якій він повертається у системуекстрактивной ректифікації.

З використанням як вихідного сировини виділення бутадієну газів крекінгубутилен-сирец містить значні кількостіизобутана іизобутилена, якіотгоняются разом ізбутиленом-1. З цю сумішизобутилен видаляється шляхом поглинання 65% сірчаної кислоти на холоду із наступноюполимеризацией при нагріванні. Решта жизобутан ібутилен-1 поділяються шляхомекстрактивной ректифікації.

Друга стадія процесу в виділенні і очищенні бутадієну, і навіть регенераціїнепревращеннихбутиленов повернення в стадіюдегидрирования.

Регулювання процесу здійснюється завдяки тому, що встановлюються постійні витрати вихідної суміші,флегми і котрий поділяє агента і температура останнього, а регульованим параметром є нагрівання куба. Співвідношення витрат котрий поділяє агента і поданого суміші вуглеводнів становить близько 12-ї : 1 за обсягом.

Слід зупинитися на питаннях, що з тривалим використанням котрий поділяє агента. Хочафурфурол єтермостойким речовиною, але у присутності води, бутадієну та інших вуглеводнів при підвищених певній температурі й тиску може статися його полімеризація і зміцнити взаємодію знепредельними вуглеводнями, зокрема збутадиеном. Це призводить

Страница 1 из 5 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація