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


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

втрати фурфуролу й необхідність видалення які виникають продуктів реакції.

Іншими джерелами втрат є витоку черезнеплотности ввентилях і насосах, і навіть потрапляння фурфуролу до продуктів поділу. Загальні втрати від, залежать від температури, обсягу системи та концентрації вуглеводнів, дуже малі і вони становлять 0,01—0,02% від витратициркулирующего фурфуролу. За даними заводських балансів, із цієї кількості ~60% посідає полімеризацію, а 40% —на механічні втрати. [12]

Процес видалення домішок золефинов [14]

У цьому роботі пропонується спосіб очищенняолефинов від домішок, особливо як-от етилен і пропілен, традиційно виходять у процесах нафтопереробки. Для видалення домішок пропонується використовуватиекстрактивную ректифікацію.Предпочтительноекстрактивний агент – це полярна рідина, при 1атм. має температуру кипіння близько 38проЗ, що містить 75 %вагу. води, спирту чи щось схоже. Автори пропонують використання цього методу у широкому інтервалі тисків (>6,8-340,2атм.).

Розглянемо застосування цього методу докладніше.

Газовий потік після реактора, у якому відбувається каталітичне отриманняолефинов, частково вони вбирають в ємності за нормальної температури 38проЗ повагою та тиску 2,7атм. Це паровий потік, у якому різніуглеводородние продукти міститьеитлен і пропілен, і навіть різні домішки (1,28% води, 1,85% окислених вуглеводнів, 0,995% у тому числі –диметиловий ефір, 0,32% – ацетальдегід).Паровой потік з ємності при тиску 2,7атм. і 38проЗ вступає у нижню частинаотпарной колони, що з 10 тарілок. На гору колони подають рідкий потік води при 4проЗ повагою та 2,7атм. Верхній продукт колони містить 0,95% води та 0,81% окислених вуглеводнів.Диметиловий ефір є у паровому потоці у кількості 0,71%, ацетальдегід – 0,1%. Далі паровий продукт колони стискається до тиску 20,4атм. і з температурою 135,33проЗ направляють у колонуекстрактивной ректифікації, що складається з 39-ти тарілок і кип'ятильника. Якекстрактивного агента використовується вода, яка надходить на першу тарілку колони з температурою 32проЗ. Верхній паровий продукт колони містить вуглеводні і видаляється з температурою 32,5проЗ повагою та тиском 20,4атм. Цей потік містить 0,14% води та менш 1 ppm окислених вуглеводнів, включаючидиметиловий ефір, і ацетальдегід.

Про критеріях оптимізації технологічних схем

Під оптимізацією розуміють діяльність наукових, проектних наукових і виробничих колективів, спрямовану створення виробництва, що дає найкращі результати в прийнятих умовах.

При виборі методу оптимізації необхідно враховувати критерій оптимізації, що є кількісної мірою, що дозволяє порівнювати все технологічно здійсненні процеси та визначати оптимальний варіант роботи об'єкта.

Критерії оптимізації вибираються для виробництва, тобто. для всієї системи. Проте найчастіше доводиться зіштовхуватися з оптимізацією частини технологічного процесу (апарат, комплекс апаратів, цех чи завод, входить у комбінат). Отже, вирішуються приватні завдання оптимізації.

У більшості приватних завданнях оптимізації, коли потрібно отримати екстремальна значення будь-якого параметра роботи окремого апарату, йдеться про деякі екстремальних властивості самого об'єкта оптимізації, зумовлені хімічними чи фізико-хімічними властивостями який струменіє у цьому об'єкті процесу.

Отже, у разі критерієм оптимальності служать технологічні характеристики, які побічно оцінюють економічність роботи агрегат (час перебування реакційної суміші, вихід продукту, кінцева концентрація, температура тощо.). Як критеріїв оптимізації можна використовувати економічні (собівартість продукції, наведені витрати, середня прибуток тощо.) і технологічні (якість продуктів, розділовий потенціал тощо.) критерії. Той чи іншого критерій вибирають з поставленого завдання. Узятий критерій має відповідати деяким вимогам [11]:

1. він має характеризувати ефективність процесу з погляду кінцевої схеми виробництва;

2. може бути кількісним і однозначним;

3. повинен мати фізичний сенс, щоб було знайти його значення для модельного процесу;

4. повинен мати простий і легкістю обчислення.

Жоден з критеріїв неспроможна відповідати всі вимоги.Наибольшему числу відповідає економічний критерій, та його розрахунок дуже трудомісткий. Тому, для попередніх оцінок часто використовують інші критерії. У цьому роботі представлений одне із таких критеріїв – енерговитрати, які, для значної частини сумішей змінюються пропорційно приведеним затратам. Для процесу ректифікації енерговитрати визначаються кількістю тепла,подведенного в куб колони, і може визначити за такою формулою:

>Qі = >rіDі (Rі+1)

для і - ой колони

для j - ой схеми

де: F– функція визначення оптимальної схеми

>rі –мольная теплота випаровування рідини, киплячій в кубі;

Dі – потік дистиляту;

R –флегмовое число для і - ой колони;

>z – число можливих схем поділу;

n – число ректифікаційних колон.

Отже, розрахунок критерію енерговитрат зводиться розрахуватисяфлегмового числа.

Отже, сама завдання оптимізації припускає наявність:

- об'єкту і виявлення мети оптимізації. У цьому встановлюється екстремальна значення однієї величини;

-вона дуже обмежена значень деяких параметрівоптимизируемого об'єкта. У цьому об'єкт повинен мати певними ступенями свободи, тобто. при вплив зовнішніх чинників на систему змінювати її початкове становище відповідно до заданими вимогами;

- кількісної оцінкиоптимизируемой величини, що дозволяє виявити вплив управляючих впливів.

 

МоделіПЖР

Вибір моделі, адекватно яка описує фазове рівновагу системи, є важливим і досить необхідним кроком під час вирішеннямассообменного процесу. Сьогодні розроблено досить багато методів математичного моделювання різних типівпарожидкостного рівноваги. У даний роботи підставі загальних рекомендацій щодо застосування було обрано групи математичних моделей, мають різне уявлення про структуру розчину імежмолекулярних взаємодію:

· Моделі локальних складів (>Wilson,NRTL,UNIQUAC);

· Рівняння стану (>SRK,PengRobinson);

·Групповая модель (>UNIFAC).

Розглянемо їх понад докладно.

Моделі локальних складів

Концепція локальних складів дозволяє враховувати структуру розчину, властивості чистих речовин імежмолекулярние взаємодії різних типів (слабкі неспецифічні і традиційно сильні специфічні). Відповідно до цієї теорії розчин сприймається як упорядкована структура. Для бінарною суміші можна назвати молекули двох сортів, у своїй молекула жодного виду перебуває у оточенні молекул іншого виду. Залежність між концентраціями компонентів всередині такої освіти із загальноюмолярной концентрацією компонентів в розчині описується співвідношенням, враховує можливість появи перетинів поміж різнойменними молекулами.

 

МодельВильсона[15,16,17,]

>Уравнение Вільсона було першим рівнянням, у якому було застосовано концепція локального складу. Основна ідея її у тому, що через різницю вмежмолекулярних взаємодію локальний склад поблизу конкретної молекули в розчині надто відрізнятиметься від складу рідини. Для бінарною пари два параметра пов'язані з ступенем, де кожна молекула впливає склад свого локального оточення. Вислів для коефіцієнта активності представлено нижче:

де :, (a>ij, °K);

 –мольний обсяг рідини компонента і.

Параметриaij представляє енергію взаємодії між молекулами і і j.

>Уравнение Вільсона можна використовувати у досить широкому інтервалі температур, як і раніше, що його параметри вочевидь не включають температурну залежність. Ця модель також дає хороші результати для сумішей, містять полярні компоненти.

До вад моделі можна віднести те, що рівняння Вільсона неспроможна описувати локальні максимуми чи мінімуми коефіцієнта активності, і навіть не адресований описи рівноваги з частковосмешивающимися рідкими фазами.

МодельNRTL [18,19]

>УравнениеNRTL (>non-randomtwo-liquid – невипадковедвужидкостное) було розробленоРеноном іПраузницем із єдиною метою використовувати концепцію локального складу у випадках, коли рівняння Вільсона не може до завбачення поділу фаз рідина – рідина. МодельNRTL дає хороші результати для кола систем, зокрема на сумішей на рівнінеидеальних й у частковонесмешивающихся систем.

Вислів для коефіцієнта активності має вигляд:

, (коли одиницею виміру слугує °K)

Для кожної бінарною пари потрібно три параметра (, , ), які можна розширено включенням до них температурної залежності.

МодельUNIQUAC [20,21,22,]

>УравнениеUNIQUAC (>universalquasi-chemical – універсальнеквазихимическое) була розвиненаАбрамсом іПраусницем виходячи зстатистически-механических положень цих тарешеточнойквазихимической моделіГуггенхайма. Кожну молекулу характеризує два параметра: об'єм і площа (поверхню) .

Надлишкова енергія Гіббса (і логарифм коефіцієнта активності) ділиться накомбинаторную і залишкову частини.Комбинаторная частина залежить від ж розмірів та форм окремих молекул, вона містить бінарних параметрів. Залишкова частина, що враховує енергетичні взаємодії, має дві регульованих бінарних параметра. Вислів для коефіцієнта активності має такий вигляд:

де , – об'єм і площаВан-дер-Ваальса молекули і

З і R –комбинаторний і залишковий вклади в коефіцієнт активності рідини.

Для кожної бінарною пари необхідні два параметра: U>ij і U>ji, які використовуються у обчисленнях залишкової частини коефіцієнта активності. За бажання параметри можуть бути розширені включенням температурної залежності.

>УравнениеUNIQUAC адекватно описує широкий ряд систем, воно застосовується длянеелектролитических сумішей, містять полярні чинеполярние компоненти, також адресований частковосмешивающихся систем.

Рівняння стану [23,24]

Рівняння стану застосовні для широкого діапазону температур і тисків. Вони можна використовувати для розрахунків всіх термодинамічних властивостей, як-отК-значения,ентальпия, ентропія і щільність.Стандартним станом як рідини, так пара є ідеальний газ, а відхилення від ідеального поведінки визначаються розрахунком коефіцієнтівфугитивности для обох фаз.

МодельSRK

1972-го р. підвищення передбачення парового тиску чистих компонентів іпарожидкостного рівноваги багатокомпонентних сумішейСоав запропонував таку температурну залежність:

де – наведена температура, >Т/Тс

 –ацентрический чинник

>Константи вуравненииях отримано з перетворення даних із паровому тиску для обмеженої кількості звичайних вуглеводнів. Ці межі використання рівняння стану СРК обмеженінеполярними компонентами.

>Уравнение стануСоав-Редлих-Квонга – це модифікація рівняння стануРедлиха-Квонга (яке грунтується на рівнянніВан-дер-Ваальса).Соав замінив член більш загальній температурної залежністю >а(Т). Вислів одержало такий вигляд:

де

, – критичні температура і тиск дляi-го компонента

 –ацентрический чинник для компонента і

 – константа бінарного взаємодії для компонентів і і j

Запровадження члена альфа дозволило поліпшити пророцтво парового тиску для чистих компонентів.Комбинированная формула для обчислення(Т) з запровадженим членом означає поліпшення передбачення властивостей суміші.

Використання формулюванняСоава для передбачення властивостей суміші включає у собі два етапу. По-перше, кожного з компонентів підбираєтьсяацентрический чинник компонента (>wi) в такий спосіб, аби достеменно передбачити тиск парів компонента. По-друге, з експериментальних даних для бінарних систем з компонентами і і j, котрим досягається фазове рівновагу, визначається параметрkij.

 

МодельPeng-Robinson

>Уравнение стануПенга-Робинсона було опубліковано в 1976 року і є модифікацією рівнянняРедлиха-Квонга. Багато в чому вона схожа науравненеиеSRK, проте він розроблено підвищення передбачення щільності рідини

 

>Введением додаткових членів було досягнуто поліпшення передбачення тиску пара чистих компонентів та поліпшення передбачення властивостей сумішей.

Використання рівнянняПенга-Робинсона включає у собі два кроку, аналогічні попередньої моделі.

>Групповие моделі

>Групповие моделі засновані на припущенні проаддитивности вкладів різних хімічних груп утермодинамические властивості компонентів і сумішей. Найбільшого поширення набула отримала модельUNIFAC. Саме її використовували до створенняпсевдоекспериментальних данихпарожидкостного рівноваги. Розглянемо модель докладніше.

 

МодельUNIFAC [25,26,27]

МетодUNIFAC (>universalfunctionalactivitycoefficient – універсальний функціональний коефіцієнт активності) було розроблено на 1975 рокуФреденслундом, Джонсом іПраузницем. Він розраховує величини коефіцієнтів активності з урахуванням концепції групового вкладу. Передбачається, що взаємодії між двома молекулами є функцією взаємодій між групами. Данімежгруппового взаємодії виходять шляхом обробки експериментальних даних для пар компонентів. Кількість функціональних груп обмежена.

МетодUNIFAC грунтується на моделіUNIQUAC, що представляє надлишкову енергію Гіббса (і логарифм коефіцієнта активності) як комбінацію двох ефектів. Отже, використовується рівняння:

>Комбинационний член розраховується безпосередньо по рівняннюUNIQUAC з допомогою параметрів площі й обсягу Ван дерВаальса, розрахованих за індивідуальними структурним групам :

де:

NЗ – число компонентів;

NG – число різних груп у суміші;

>z – узгоджене число для просторової грати, однакову 10;

 – число функціональних груп типу >k в молекуліі;

R>k – параметр обсягу для функціональної групи >k;

>Q>k – параметр площі для функціональної групи >k;

xі –мольная частка компонента і в рідкої фазі.

 

Матеріальний баланс процесуекстрактивной ректифікації

>Экстрактивная ректифікація відрізняється від звичної тим, що у колону крім вихідної суміші іфлегми вводять розмежує агент, і його витрата найчастіше значно перевищує витрати інших матеріальних потоків, наслідком чого стане у себе відповідну зміну матеріального і теплового балансів процесу ректифікації.

>Ректификационная колона складається з 3 основних частин:

1)регенерационная, що знаходиться вище точки введення котрий поділяє агента і покликана служити очищенняотбираемогодистиллата від котрий поділяє агента шляхом звичайній ректифікації;

2) зміцнювальна, розташовується між точками введення вихідної суміші і котрий поділяє агента. У ньому відбувається збагачення вранішнього пара компонентами,отбираемими якдистиллата;

3) вичерпна, розташована нижче точки нижче введення вихідної суміші.Предназначена виділення з стікала рідини компонентів,отбираемих якдистиллата.

У регенераційної частини колонимольние частки РА у парі(), в рідини () і (xр)буд пов'язані умовою матеріального балансу по рівнянню (1):

D= L+П(хр)буд,де (xр)буд концентрація РА вдистиллате(1)

Якщо (xр)буд = 0, то = (2)

Для довільного перерізу зміцнювальної частиниекстрактивной колони, якщо РА зовсім позбавлений компонентів вихідної суміші, то МБ попроизвольному компоненту виражається рівнянням:

Dn+1 yn+1=LnXn+>ПXбуд   >илиуn+1 =x n + xбуд(3)

де D, G, L і П-молярние витрати пара, котрий поділяє агента, рідини ідистиллата; n -номер тарілки вважаючи згори донизу. [12]

Це рівняння висловлює залежність між концентраціями будь-якого компонента у парі і рідини, що пропливали довільне перетин зміцнювальної частини колониекстрактивной ректифікації.

Матеріальний баланс довільного ділянки вичерпної частини колони, включаючи куб, виражається рівнянням:

L>m=D>m-1+>G+W>k(>4)илиy =-(5)

де W>k-молярний витрата компонентів заданої суміші, відібраної яккубового залишку;m- номер тарілки (знизу вгору).

де - наведенефлегмовое число вичерпної частини колони дляекстрактивной ректифікації.

У кубі має місце стрибкоподібне зростання концентрації РА, оскільки величина W>k завжди становить лише деякі з величини W для довільній тарілки. При подачі в колону вихідної суміші як рідини стрибкоподібне зміна концентрації РА відбувається на тарілці харчування. І тут концентрація РА в зміцнювальної частини більше, ніж у вичерпної. Відповідно з цим змінюються й умови рівноваги між рідиною і пором.

Залежно від розподілу концентрації РА за висотою колони змінюється і температура.Наивисшую температуру кипіння маєкубовая рідина з максимальною у ній концентрацією РА. Потім на найближчих до кубу тарілках температура різко знижується і далі за мері наближення до точки введення РА температура продовжує повільно зменшуватися. Ускладнення зумовлені, з одного боку, зниженням температури кипіння у зв'язку з зростанням концентраціїотгоняемого компонента, з другого боку,- зменшенням гідравлічного опору частини колони, яка перебуває вище аналізованого перерізу. Вище точки введення РА температура різко знижується у зв'язку з різким зменшенням його концентрації. При подачі в колону вихідної суміші як рідини поблизу тарілки харчування відбувається різку зміну температури, обумовлене стрибкоподібним зміною концентрації РА. [12]


Постановка завдання

Метою згаданої роботи є підставою пошук оптимальної схемиекстрактивной ректифікації сумішібензол-циклогексан-етилбензол-н-пропилбензол, що містить один бінарнийазеотроп. І

Схожі реферати:

Навігація