Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Технология продуктов органического синтеза

Диссертационная работа:

Анохина Елена Анатольевна. Разработка энергосберегающих технологий экстрактивной ректификации, включающих сложные колонны с боковой секцией : Дис. ... канд. техн. наук : 05.17.04 : Москва, 2004 317 c. РГБ ОД, 61:04-5/2703

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ , 4

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 9

1.1. Экстрактивная ректификация как один из методов разделения неидеальных смесей 9

1.2. Синтез энергосберегающих схем ректификации 25

1.2.1. Синтез множества TCP, состоящих из простых двухсекционных колонн 26

1.2.2. Термодинамически обратимая ректификация 31

1.2.3. Комплексы со связанными тепловыми и материальными потоками и с обратимым смешением потоков 34

1.2.4. Сопоставительный анализ схем ректификационного разделения азеотропных смесей, содержащих сложные колонны 36

1.2.5. Синтез множества TCP, содержащих сложные колонны 47

1.3. Постановка задачи исследования 56

2. СИНТЕЗ СХЕМ ЭКСТРАКТИВНОЙ РЕКТИФИКАЦИИ, ВКЛЮЧАЮЩИХ СЛОЖНЫЕ КОЛОННЫ 58

2.1. Разработка метода синтеза схем экстрактивной ректификации, включающих сложные колонны с частично связанными тепловыми и материальными потоками, на основе трансформации графов 58

2.2. Выбор агрегатного состояния бокового отбора в сложных колоннах 68

3. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПЛЕКСОВ С ЧАСТИЧНО СВЯЗАННЫМИ ТЕПЛОВЫМИ И МАТЕРИАЛЬНЫМИ ПОТОКАМИ В ТЕХНОЛОГИЯХ ЭКСТРАКТИВНОЙ РЕКТИФИКАЦИИ БИНАРНЫХ АЗЕОТРОПНЫХ СМЕСЕЙ 78

3.1. Объекты исследования 81

3.2. Моделирование парожидкостного равновесия 83

3.3. Оценка эффективности схем экстрактивной ректификации смеси ацетонхлороформ

3.4. Оценка эффективности схем экстрактивной ректификации смеси аллиловый спирт-аллилацетат 108

3.5. Обсуждение полученных результатов 131

4. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЛОЖНЫХ КОЛОНН С БОКОВЫМИ СЕКЦИЯМИ В ТЕХНОЛОГИЯХ ЭКСТРАКТИВНОЙ РЕКТИФИКАЦИИ ТРЕХКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ 163

4.1. Моделирование фазового равновесия 164

4.2. Параметрическая оптимизация традиционной схемы ЭР смеси ацетон-гексан-этанол 166

4.3. Разработка энергосберегающей схемы экстрактивной ректификации смеси ацетон-гексан-этанол, включающей сложную колонну с боковой секцией 173

ВЫВОДЫ 183

ЛИТЕРАТУРА 184

ПРИЛОЖЕНИЯ 

Введение к работе:

Задача создания энергосберегающих технологий ректификации является одной из главных в технологии основного органического и нефтехимического синтеза. Это определяется, с одной стороны, широким распространением ректификации как метода разделения и очистки продуктов органического синтеза, а, с другой стороны, достаточно высоким, в ряде случаев до 70% от суммарного на производство продуктов, уровнем энергопотребления ректификационной подсистемы технологии. В большинстве случаев разделяемые смеси являются сильно неидеальными и содержат азеотропы различной размерности. Одним из наиболее широко распространенных методов разделения таких смесей является экстрактивная ректификация (ЭР), которая в ряде случаев оказывается менее энергоемкой по сравнению с другими методами разделения. Энергосбережение в конкретных технологиях ЭР обеспечивается за счет подбора более селективного разделяющего агента, поиска оптимальной совокупности рабочих параметров колонн разделительного комплекса, а для многокомпонентных смесей — и синтеза оптимальной последовательности разделения. Специальные приемы снижения энергозатрат в данном методе разделения исследованы мало. Существенно снизить энергопотребление можно за счет приближения условий проведения процесса к термодинамически обратимой ректификации.

Разделение зеотропных смесей в комплексах со связанными тепловыми и материальными потоками в ряде случаев обеспечивает снижение энергозатрат на 30- 0%.

В связи с этим целью настоящей работы является разработка технологий экстрактивной ректификации, обеспечивающих снижение энергозатрат на разделение за счет приближения к термодинамически обратимому процессу.

Конкретными задачами исследования являются:

1) создание алгоритмов синтеза схем экстрактивной ректификации, включающих сложные колонны с боковыми секциями и боковыми отборами;

2) разработка технологий ЭР, включающих комплексы со связанными тепловыми и материальными потоками, для бинарных и многокомпонентных смесей продуктов органического синтеза;

3) оценка энергетической эффективности предлагаемых решений.

Работа выполнялась в рамках МНТП «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», подпрограмма:203 «Химические технологии», разделы: 203.01, гранта Минобразования РФ Т02-09.4-2768, фанта РФФИ 04-03-32987.

Для решения поставленной задачи в работе используются математическое моделирование схем ректификации, теория графов, методы трансформации графов структур технологических схем ректификации (TCP) и вычислительный эксперимент.

Диссертация состоит из 4 глав, выводов, приложений и списка литературы из наименований.

В первой главе представлен обзор литературы по основным направлениям исследований в области экстрактивной ректификации и по методам синтеза схем, содержащих комплексы с частично связанными тепловыми и материальными потоками. Показано, что ЭР применяется в промышленности для выделения бутадиена и изопрена из продуктов пиролиза и дегидрирования углеводородов С4 и С5, выделения аренов из соответствующих фракций пиролизатов и катализатор риформинга, а также для разделения смесей растворителей. Широкое распространение ЭР обусловлено ее низкой энергоемкостью по сравнению с другими методами разделения. Основное число работ в области ЭР посвящено вопросам выбора селективного растворителя. Снижение энергопотребления в конкретных технологиях ЭР достигается подбором более селективного разделяющего агента, параметрической оптимизацией колонн разделительного комплекса, а для многокомпонентных смесей — и разработкой оптимальной схемы разделения. В ряде работ рассмотрено применение универсальных для процессов ректификации методов рекуперации тепла (теплообмен между конденсирующимися и испаряющимися потоками, метод теплового насоса, дифференциальный подвод тепла и холода по высоте аппарата), в технологиях ЭР.

Вместе с тем, как отмечается разными авторами, применение колонн с боковыми секциями (БС) и боковыми отборами (БО) при ректификации зеотропных смесей в ряде случаев позволяет существенно снизить энергозатраты (до 30%) за счет приближения условий разделения к термодинамически-обратимой ректификации. В литературе появилась информация об эффективности использования колонны с боковым отбором в технологии экстрактивной ректификации смеси этанол-вода в присутствии этиленгликоля.

В настоящее время методы синтеза схем, содержащих комплексы со связанными тепловыми и материальными потоками, разработаны только для зеотропных смесей. Наиболее перспективным из них является метод преобразований графов структур схем. В связи с этим целесообразно распространить данный подход и на синтез схем ЭР, включающих сложные колонны (СК) с БС и БО, и провести оценку энергетической эффективности полученных технологических решений на примере разделения конкретных промышленных смесей.

Вторая глава посвящена разработке алгоритма синтеза схем экстрактивной ректификации бинарных и многокомпонентных азеотропных смесей, включающих сложные колонны с БС и БО.

Метод заключается в представлении схем в виде графов, которые можно преобразовывать по определенным правилам. Схемы, на основе которых синтезируют новые технологические решения, называют прообразами, а полученные в результате — образами. В данном случае в качестве прообразов выбраны традиционные варианты организации процесса ЭР. Поскольку схемы состоят из разнородных аппаратов, то при осуществлении преобразований их эксплицировали графами, вершины которых соответствуют сечениям, разделяющим секции, а ребра — потокам пара и жидкости внутри колонны и потоковым связям между колоннами.

Показано, что практически любую из традиционных схем экстрактивной ректификации можно преобразовать в комплекс с частично связанными тепловыми и материальными потоками. Определены требования, позволяющие применить метод трансформации графов к синтезу схем ЭР: полученная схема должна сохранять в неизменном виде экстрактивную часть схемы-прообраза, запрещена операция стягивания над ребром, отображающим рецикл в схеме-прообразе. Получены принципиально новые схемы экстрактивной ректификации бинарных и многокомпонентных азеотропных смесей, содержащие сложные колонны с БС и БО.

На основе структурных трансформаций графов TCP теоретически обоснован критерий выбора агрегатного состояния БО в зависимости от расположения тарелки отбора по отношению к тарелке питания.

На примере разделения смеси бензол-толуол-этилбензол показано, что оптимальное по энергозатратам разделение обеспечивает технологическая схема из СК, являющаяся образом лучшей по тому же критерию схемы из простых двухсекционных колонн (ПДК). Расчеты показали, что во всех случаях при одинаковом соотношении примесей в боковом потоке энергетически выгодным является отбор в жидкой фазе при отборе бокового потока выше тарелки питания, а при отборе ниже тарелки питания — в паровой фазе. Были рассмотрены также и сложные колонны с двумя БО. На примере ректификации четырехкомпонентнои смеси нормальных насыщенных углеводородов Се—-Сэ показано, что при обеспечении необходимых концентраций в боковом отборе удовлетворительные энергозатраты на разделение дают только решения, полученные трансформацией схем из ПДК.

В третьей главе проведена оценка эффективности использования СК с БС в технологиях экстрактивной ректификации бинарных азеотропных смесей.

В качестве объектов рассмотрены две бинарные азеотропные смеси с различным типом отклонения от закона Рауля: ацетон-хлороформ (смесь I) и аллило-вый спирт-аллилацет (смесь II). Смесь I характеризуется наличием азеотропной точки с максимумом температуры кипения, а смесь II — с минимумом.

Задача разделения смеси ацетон-хлороформ возникает при создании блока регенерации растворителей, используемых в производстве термостабилизатора Стабилина-9. Смесь аллиловый спирт-аллилацетат азеотропного состава выделяется в качестве верхнего продукта при бутанолизе аллилацетата в реакционно-ректификационной колонне при производстве аллилового спирта из аллилацетата. В качестве разделяющего агента для смеси I используется диметилформамид, а для смеси II — этиленгликоль.

В качестве критерия для сопоставления традиционного и предлагаемого вариантов организации процесса ЭР мы использовали суммарные энергетические затраты в кипятильниках колонн.

Для каждой смеси проведена параметрическая оптимизация традиционной схемы и предлагаемого варианта.

В результате расчета установлено, что основные закономерности ЭР исследуемых смесей, полученные для экстрактивной колонны схемы-прообраза, справедливы и для схемы-образа. В частности, для СК с БС и колонны экстрактивной ректификации традиционной схемы оптимальное положение тарелок подачи исходной смеси и ЭА практически совпадает. Флегмовые числа в экстрактивной колонне схемы-прообраза и СК с БС схемы-образа также практически равны. Таким образом, результаты параметрической оптимизации схемы-прообраза можно использовать в качестве хорошего начального приближения при подборе оптимальных рабочих параметров для схемы-образа. Это позволит сократить объем вычислительного эксперимента и, следовательно, время на предпроектную разработку нового технологического решения. Показана возможность использования отдельных элементов колонного оборудования при реконструкции существующих установок с традиционной структурой.

Показано, что применение комплексов с частично связанными тепловыми и материальными потоками для ЭР исследованных бинарных азеотропных смесей позволяет сократить энергозатраты на разделение. При ректификации смеси ацетон-хлороформ снижение энергоемкости составляет 32,2%, а при разделении смеси аллиловый спирт-аллилацетат — 4,0%.

Четвертая глава посвящена оценке эффективности применения СК с БС, в технологиях экстрактивной ректификации трехкомпонентных смесей. В качестве объекта рассмотрена смесь гексан-ацетон-этанол, которая является составной частью смеси растворителей, образующихся при производстве витамина А. Разделяющий агент — диметилсульфоксид.

Разработаны варианты схем ЭР данной смеси, включающие сложные колонны с БС. Показано, что при условии использования в дефлегматорах колонн оборотной воды, работоспособным является только один вариант. 

Проведена параметрическая оптимизация схем прообраза и образа.

Установлено, что, как и для бинарных смесей, основные закономерности ЭР идентичны для схем прообраза и образа.

Показано, что суммарные энергозатраты в кипятильниках колонн предлагаемой схемы на 4,0 % меньше, чем для традиционного варианта.

Предложенные структуры схем и статические параметры работы колонн могут быть рекомендованы для опытно-промышленной апробации в производствах термостабилизатора Стабилина-9, аллилового спирта из аллилацетата и витамина А. 

Подобные работы
Голованов Михаил Леонидович
Разработка энергосберегающей технологии ректификации продуктов каталитического крекинга
Колесниченко Василий Васильевич
Разработка технологии получения покрытий из сополимеров тетрафторэтилена с повышенной адгезионной прочностью
Комаров Александр Алексеевич
Разработка технологии жидкофазного восстановления нитробензола водородом на высокопористом ячеистом катализаторе
Шарифуллин Рафаэль Ривхатович
Разработка технологий получения новых модификаторов буровых растворов на основе оксидов этилена и пропилена
Ву Там Хюэ 0
Разработка технологии регенерации органических растворителей из водной смеси
Садриева Фаузия Муллахметовна
Разработка технологий производства растворителей для полимеризации олефинов и диолефинов
Беляева Елена Юрьевна
Разработка технологий многоатомных спиртов-неопентилгликоля и этриола на основе масляных альдегидов
Желонкин Александр Валентинович
Разработка технологии получения метилбензилкетона гетерогенным ацидолизом смеси уксусной и фенилуксусной кислот
Глушаченкова Елена Анатольевна
Разработка энергосберегающей технологии газофракционирования легких углеводородных газов
Луговской Сергей Анатольевич
Разработка энергосберегающей технологии синтеза этаноламинов

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net