Оптимизация ректификации фракции этан-пропен-пропан в простых и сложных колоннах

ω i - ацентрический фактор для компонента i

Kij . - константа бинарного взаимодействия для компонентов i и j

Введением члена а было достигнуто улучшение предсказания давления пара чистых компонентов, а добавлением члена Kij в комбинированную формулу для вычисления а(Т)

означало улучшение предсказания свойств смесей.

Использование уравнения Пенга-

Робиысона включает в себя два шага, аналогичные предыдущей модели.

Выбор адекватной модели

Систематическое исследование процессов ректификации требует выбора адекватной модели парожидкостного равновесия. В настоящей работе расчетньш эксперимент поставлен на примере разделения многокомпонентной модельной смеси этан - пропан - пропен.

Выбор модели описания парожидкостного взаимодействия для смесей этан-пропан, пропан-пропен, пропен-этан производился на основании сопоставления экспериментальных и расчетных данных. Расчет парожидкостного равновесия проведен с использованием программного комплекса PRO/IL На основании имеющегося опыта практического использования и общих рекомендаций по применению выбрано несколько моделей ПЖР, реализованных в программном комплексе: I - NRTL, II - модель SRK, III - модель Пенг -Робинсон.

Нами были получены экспериментальные данные по парожидкостному равновесию для следующих бинарных составляющих: этан - пропан, пропен - пропан, этан - пропен.

В качестве критерия сравнения для статистической обработки результатов было выбрано среднее относительное отклонение описания паровой фазы, δ.

(11)

где N- количество экспериментальных точек фазового равновесия.

Таким образом, нами было произведено сравнение трех бинарных составляющих по заданному критерию. Результаты представлены в Приложении и Табл. 6.

Таблица. 6.

Результаты моделирования парожидкостного равновесия

Из таблицы видно, что модель NRTL наилучшим образом описывает экспериментальные данные, поэтому для дальнейшего описания ПЖР мы воспользуемся моделью локальных составов.

Будем использовать уравнение с тремя параметрами: bij, bij, aij. Найденные значения параметров бинарного взаимодействия приведены в табл.7.

Таблица 7.

Параметры бинарного взаимодействия для модели NRTL

Синтез схем ректификации для разделения смеси этан-пропен-пропан

Для разделения трехкомпонентной зеотропной смеси нами было предложено четыре технологические схемы (рис. 6-7). Две из них являются последовательностью из простых двухсекционных колонн, две другие - являются комплексами из сложных колонн с боковыми секциями. В ряде случаев применение сложных колонн оправдано за счет приближения к термодинамической обратимости за счет структурных особенностей. Кроме того, такие схемы требуют меньшее число кипятильников и дефлегматоров, что может привести к значительному снижению энергозатрат на разделение. Но следует помнить, что такие технологические схемы целесообразно применять при невысокой четкости разделения и содержании среднекипящего компонента более 20%.

Рассмотрим предложенные схемы более подробно.

Схема 1 представляет собой последовательность простых двухсекционных колонн, работающих в режиме первого заданного разделения (рис. 6а, в). Согласно этой схеме в качестве дистиллата колонны 1 выделяют практически чистый этан, а кубовый продукт колонны 1 поступает на дальнейшее разделение. В колонне 2 происходит отделение пропена и пропана.

работает в режиме второго заданного разделения, что позволяет выделить в качестве кубового

продукта тяжелокипящий пропан. Дистиллат колонны 1 направляют на дальнейшее разделение на этан и пропен в колонну 2.

Используя широко развитые методы синтеза схем, основанные на теории графов [5, 6, 7, 8], нами синтезированы технологические схемы разделения трехкомпонентной смеси этан - пропен - пропан, содержащие сложные колонны (рис.6 б, г, 7 б, г). Схемами-прообразами являются описанные схемы 1 и 2. Для трансформации схем 1 и 2 представим их в виде графов (рис. 6 в, г, 7 в, г). Структуры 3 и 4 получают путем стягивания по ориентированному ребру, эксплицирующему потоки между колоннами. Полученные схемы-образы являются структурами с частично (рис. 6 б, г, 7 б, г) связанными тепловыми и материальными потоками.

Синтезированная схема 3 (рис. 6 б) представляет собой сложную колонну с боковой укрепляющей секцией. Схема содержит два дефлегматора и один кипятильник. Схема 4 (рис. 7 б), напротив, отличается наличием двух кипятильников и одного дефлегматора, представляя тем самым сложную колонну со стриппинг-секцией.

Таким образом, нами предложено четыре схемы разделения, представленные на рис. 8.

Схема 1 Схема 2

Схема 1 Схема 2

Схема 3 Схема 4

Рис. 8. Технологические схемы разделения смеси этан-пропен-пропан

Разделение смеси по схемам из простых и сложных колонн

 Скачать реферат