[ «Баки ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ПРОЦЕССАХ РЕКТИФИКАЦИИ БИНАРНЫХ И МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ ...»
Рис.2.22. Диаграмма зависимости гр (при x1 = 0,5) от составов продуктов разделения Таблица 2.5. Значение при =0,25 и различных значениях х0 и х2.
Рис. 2.23. Диаграмма зависимости гр (при x1 = 0,7) от составов продуктов разделения Таблица 2.6. Значение при =0,5 и различных значениях х0 и х2.
Таблица 2.7. Значение при =0,5 и различных значениях х0 и х2.
Рис. 2.24. Диаграмма зависимости гр (при x1 = 0,5) от составов продуктов разделения Таблица 2.8. Значение при =0,5 и различных значениях х0 и х2.
Рис. 2.25. Диаграмма зависимости гр (при x1 = 0,7) от составов продуктов разделения Таблица 2.9. Значение при =0,75 и различных значениях х0 и х2.
Рис. 2.26. Диаграмма зависимости гр (при x1 = 0,3) от составов продуктов разделения Таблица 2.10. Значение при =0,75 и различных значениях х0 и х2.
Рис. 2.27. Диаграмма зависимости гр (при x1 = 0,5) от составов продуктов разделения Таблица 2.11. Значение при =0,75 и различных значениях х0 и х2.
Рис. 2.28. Диаграмма зависимости гр (при x1 = 0,7) от составов продуктов разделения Найденные по (2.47) значения гр позволяют принять правильное решение о целесообразности полной конденсации паров в исходной смеси в тех случаях, когда исходная парожидкостная смесь, поступающая на разделение, получена без дополнительных затрат в теплообменнике-подогревателе (например, смесь получена в химическом реакторе). При больших рабочих флегмовых числах, когда >гр, целесообразна предварительная полная конденсация парожидкостной смеси с получением (выигрышем) дополнительной теплоты и последующим ее использованием по назначению. Вариант работы колонны с повышенным коэффициентом избытка флегмы (>гр) возможен, когда требуется получать продукты разделения высокой чистоты, а число тарелок в колонне ограничено. Из таблиц 2.3 – 2.11 и рис. 2.22 – 2.28 видно, что при разделяемости бинарной смеси Р=0,1 (коэффициент относительной летучести компонентов =1,222) и определенных составах исходной смеси и продуктов разделения граничное значение гр может быть меньше 2.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВНУТРЕННЕГО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ
ПРИ РЕКТИФИКАЦИИ
Теоретический анализ тепломассообмена на тарелках ректификационных 3.1). Рабочие линии (линии 2) укрепляющей части колонны связывают рабочие (сопряженные) концентрации НКК в жидкости и паре: xn-1 и yn-1, xn и yn, xn+1 и yn+ и т.д. Изменение концентраций на тарелках (теоретических) характеризуется линиями со стрелками в диаграмме y – x, а соответствующие им изменения температур и фазовые переходы представлены в диаграмме t – x, y. Здесь равновесные составы жидкостей и паров, уходящих с (n-1)-ой, n-ой и (n+1)-ой тарелок, соответственно: xn-1 и yn-2, xn и yn-1, xn+1 и yn. Насыщенный пар состава yn+1 (т. 0), поступающий с (n+2) тарелки, частично конденсируется (0 3) на тарелке (n+1) при температуре tn+1 с образованием жидкости состава xn+1 (т. 1) и пара состава yn (т. 4). За счет выделяющейся при этом теплоты жидкость состава xn (т. 5), поступающая с n-ой тарелки, испаряется (5 2) с образованием пара нового состава yn (т. 4), а равновесная с ним жидкость (теоретическая! тарелка) состава xn+1 (т. 1) покидает (n+1)-ую тарелку. Аналогичные изменения температур и составов жидкости и пара происходят на последующих (по ходу пара) тарелках.При одинаковых (или близких) теплотах парообразования r компонентов смеси потоки пара D и жидкости L можно считать постоянными по высоте колонны.
Количества сконденсировавшегося пара на (n+1)-ой и n-ой тарелках в соответствии с материальными балансами определяются соотношением отрезков выделившейся при этом теплоты количество испаряемой жидкости на (n+1)-ой Рис. 3.1. Температуры и составы фаз на тарелках При одинаковых теплотах парообразования компонентов разделяемой смеси:
Из равенства (3.1) следует Поскольку в укрепляющей колонне при конечных флегмовых числах R смесь разделяемых компонентов должна быть предварительно сконденсирована.
Выделяющаяся при конденсации теплота, естественно, может быть использована для других целей.
Анализ внутреннего энергосбережения системы из двух и более колонн позволяет правильно выбрать оптимальный (с энергетической точки зрения) вариант разделения жидких смесей.
Список основных сокращений и условных обозначений c- теплоемкость, кДж/(кмоль*К);
E – доля жидкости в исходной парожидкостной смеси;
EP – критерий разделения;
L1 – поток исходной смеси;
L0–нижний продукт;
n – количество тарелок в колонне;
– относительная летучесть компонентов смеси Р – разделяемость смеси ;
Q – затраты теплоты;
R – флегмовое число;
Rmin – минимальное флегмовое число;
r – теплота парообразования, кДж/кмоль;
t – температура потока;
x – концентрация НКК в бинарной смеси;
– доля пара в исходной смеси;
– коэффициент избытка флегмы;
гр – граничное значение коэффициента избытка флегмы;
Эн – внутреннее энергосбережение;
ВНН - высококипящий компонент;
НКК – низкокипящий компонент.
х –холодная смесь;
к – кипящая смесь;
пж –парожидкостная смесь;
п –пар;
пп –перегретый пар;
0 – отгонная часть колонны;
у – укрепляющая часть колонны.
1 – исходная смесь;
2 – верхний продукт;
0 – нижний продукт;
у – укрепляющая часть колонны;
0 – отгонная часть колонны;
– суммарное количество;
под – подогреватель;
к – кипятильник;
конд – конденсатор.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии: Учебник: В кн./В.Г. Айнштейн, М.К. Захаров, Г.А. Носов, В.В. Захаренко, Т.В. Зиновкина, А.Л. Таран, А.Е. Костанян; Под. ред. В.Г. Айнштейна. М.: Университетская книга, Логос, Физматкнига, 2006, 1760 с.2. Саркисов П.Д., Дмитриев Е.А. Проблемы энерго- и ресурсосбережения в химической технологии и устойчивое развитие // Тезисы докладов 2-й Международной конференции «Образование и устойчивое развитие». – М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2004.
3. Захаров М.К. Способы энергосбережения при проведении энергоемких технологических процессов/ М.К. Захаров // Технологии нефти и газа, 2006, №1.
С. 63-72.
4. Комиссаров Ю.А., Гордеев Л.С., Вент Д.П. Научные основы процессов ректификации: В 2 т. Т. 2. Учебное пособие для вузов / Под ред. Л.А. Серафимова.
–М.: Химия, 2004. – 416 с.
5. Giorgio Soave, Josep A. Feliu. Saving energy in distillation towers by feed splitting // Applied Thermal Engineering. 22 (2002), 889-896.
6. Айнштейн В.Г., Захаров М.К. Многокомпонентная ректификация (принцип и процессуальные схемы) // Хим. пром. 2001, №6. С. 39-47.
7. М.К. Захаров, Е.Д. Моисеева. Многоколонная ректификация как способ энергосбережения при разделения зеотропных бинарных смесей // Хим. пром.
2003, №9. С. 35-42.
8. Захаров М.К. Энергосберегающие схемы процессов ректификации // Наука и технология углеводородов, 2002, №6. С. 3-8.
9. Гельперин Н.И. Тепловой насос. Л.: Госнаучтехиздат, 1931.
10. Янтовский Е.Н., Левин Л.А. Промышленные тепловые насосы. М.: Энергоиздат, 1989, 128 с.
11. Серафимов Л.А., Фролкова А.К. Фундаментальный принцип перераспределения полей концентраций между областями разделения как основа создания технологических комплексов // ТОХТ. 1997. Т. 31. №2. С. 193-201.
12. Тимошенко А.В., Анохина Е.А., Рудаков Д.Г., Тимофеев В.С., Тациевская Г.И., Матюшенкова Ю.В. Энергосбережение в ректификации с использованием комплексов со связанными потоками // Вестник МИТХТ. 2011, Т.6. №4. С 28-39.
13. Lei Z.G., Zhou R.Q., Duan Z.T. Process improvement on separating C4 by extractive distillation // Chem. Eng. J. 2002. V. 85. P. 379-386.
14. Анохина Е.А., Панкова И.А., Тимошенко А.В. Исследование эффективности применения сложных колонн с боковой укрепляющей секцией в экстрактивной ректификации смеси ацетон – метанол различного исходного состава // Химическая промышленность сегодня. 2009. №3. С. 44-49.
15. San-Jang Wang, Hsiao-Ping Huang, Cheng-Ching Yu. Plantwide design of transesterification reactive distillation to co-generate ethyl acetate and n-butanol // Ind.
Eng. Chem. Res. 2010. V. 49. P. 750-760.
16. Анохина Е.А., Шлейникова Е.Л., Тимошенко А.В. Энергоэффективность комплексов с частично связанными тепловыми и материальными потоками в экстрактивной ректификации смеси метилацетат – хлороформ в зависимости от применяемого экстрактивного агента // Вестник МИТХТ. 2013. Т.8. №2. С. 18-25.
17. Фролкова А.К., Хахин Л.А. Энтропийная оценка ректификации бинарных смесей при различных вариантах расчета процесса // Вестник МИТХТ. 2008. Т.3. №2. С.
53- 18. Петлюк Ф.Б., Серафимов Л.А. Многокомпонентная ректификация. Теория и расчет. – М.: Химия, 1983. 303 с.
19. Петлюк Ф.Б., Платонов В.М., Аветьян В.С. Оптимальные схемы ректификации многокомпонентных смесей // Хим. промышленность. 1966. №11. С. 65-69.
20. Б.Ф. Додж. Химическая термодинамика. Пер. с англ. М.Л. Карапетьянц. Под ред.
В.А. Киреева // М., Изд-во иностр. мет., 1950, 786 с.
21. Alcantara-Avila J.R., Cabrera-Ruiz J., Segovia-Hernandez J.G., Hernandez S., BenGuang Rong. Controllability analysis of thermodynamically equivalent thermally coupled arrangements for quaternary distillations // Chemical engineering research and design (2008) 23-37.
22. В.М. Платонов, Б.Г. Берго. Разделение многокомпонентных смесей // М., Изд-во «Химия», 1965 г., 368 с.
23. M. Nakaiwa, T. Ohmori. Process intensification for energy savings through concept of «detuning» from ideal state // Translation from Synthesiology, Vol. 2, №1. P.51- (2009).
24. M. NaKaiwa, K. Huang, A. Endo, T. Ohmori, T. Akiya and T. Takamatsu: Internally heat-integrated distillation columns: A review, Chem. Eng. Res. Design, 81 (1), 162R.S.H. Mah, J.J. Nicholas, Jr. And R.B. Wodnik: Distillation with secondary reflux and vaporization: A comparative evaluation, AIChEJ, 23(5), 651-658 (1977).
26. Benedict W.Multistage separation processes // Chem.Eng.Progr. 1947. V.43. №2. P.
41-60.
27. Halvorsen I.J., Skogestad S. Energy efficient distillation // Journal of Natural Gas Science and Engineering. (2011), doi:10.1016/j.jngse.2011.06.002.
28. Hernandez S. Analysis of energy-efficient complex distillation options to purify bioethanol // Chem. Eng. Technol. 2008. V.31. №4. P. 597-603.
29. Захаров М.К., Носов Г.А., Коваль А.В. Способы энергосбережения при выпаривании водных растворов // Вестник МИТХТ, 2006, №1. С. 53-59.
30. Аэров М.Э., Быстрова Т.А., Даровских Е.П. Сум-Шик. Л.Е. Хим. пром., №1, (1960).
31. Lee S.H., Shamsuzzoha M., Han M., Kim Y.H., Lee M.Y. Study of structural characteristics of a divided wall column using the sloppy distillation arrangement // Korean journal of chemical engineering, 28, 348-356, 2011.
32. Shamsuzzoha M., Seki Hiroya, Lee Moonyong. Structural design by shortcut method of the divided wall column // Petrotech-2012, 10 th International oil and Gas conference and Exhibition,14-17 October 2012, New Delhi, India.
33. Shamsuzzoha M.,Seki Hiroya, Lee Moonyong, Design and Analysis of Divided wall column // Proceeding of the 6 th International conference on Process Systems Engineering (PSE ASIA), 25-27 june 2013, Kuala Lumpur.
34. Захаров М.К., Козлова А.С. Анализ энергосбережения при ректификации бинарных смесей // Вестник МИТХТ, 2007, т. 2, №6. – С. 56-62.
35. Скобло А.И., Молоканов Ю.К., Владимиров А.И., Щелкунов В.А. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии. Учебник для вузов. 3-е издание, перераб. и дополн. М., ООО «НедраБизнесцентр», 2000, 677 с.
36. Захаров М.К. О затратах теплоты при разделении бинарных смесей методами перегонки / М.К. Захаров, Н.В. Ряднинская // Вестник МИТХТ, №2, 2006. С. 62Львов С.В. Некоторые вопросы ректификации бинарных и многокомпонентных смесей. М., Изд-во АН СССР, 1960.
38. Захаров М.К., Моханд Аббаси, Зверева Е.Н. Оценка качества разделения и затрат тепловой энергии в процессах ректификации // Вестник МИТХТ, 2013, Т.8, №2. С.
34-38.
39. Захаров М.К. Энергозатраты и энергосбережение при разделении жидких смесей методом перегонки // Вестник МИТХТ – 2009. – Т.4. №1. – С. 60-63.
40. Захаров М.К. Энергоемкость и энергосбережение процессов ректификации, часть // Энциклопедия инженера – химика, 2009, №1. С. 18-26.
41. Захаров М.К. Энергоемкость и энергосбережение процессов ректификации, часть // Энциклопедия инженера – химика, 2009, №3. С. 18-21.
42. Захаров М.К. Энергоемкость и энергосбережение процессов ректификации, // Энциклопедия инженера – химика, 2009, №5. С. 23-27.
43. Захаров М.К. Анализ энергосбережения в процессах ректификации // Химическая технология, 2008, т.9, №4. С. 177-182.
44. Захаров М.К., Моханд Аббаси. Сравнение затрат теплоты на ректификацию при различных состояниях исходных бинарной смеси // Вестник МИТХТ, 2012, т.7, №1. С. 41-45.
45. Львов С.В. К вопросу о зависимости расхода энергии на ректификацию от физического состояния (энергетического уровня) исходной смеси // В кн. Физикохимические основы ректификации. Под ред. С.В. Львова. М.: МИТХТ, 1970. С.
212-300.
46. Захаров М.К., Старостина Ю.А., Назаров Д.Г. О целесообразности питания ректификационной колонны исходной смесью в виде пара // Вестник МИТХТ, 2011, т.6, №6. С. 23-29.
47. Захаров М.К., Моханд Аббаси. Влияние агрегатного состояния исходной бинарной смеси на затраты тепловой энергии при ректификации // Вестник МИТХТ, 2014, т.9, №1. С. 38-42.
48. Захаров М.К., Моханд Аббаси, Сазонова О.А., Найденова А.Ю. Влияние агрегатного состояния исходной смеси на затраты тепловой энергии при ректификации // III Международная научно-техническая конференция «Нестационарные, энерго- и ресурсосберегающие процессы и оборудование в химической, нано- и биотехнологии». Материалы конференции М., Изд. МГОУ, 2013. С. 241-243.
49. Захаров М.К., Моханд Аббаси, Зверева Е.Н. Внутреннее энергосбережение и суммарные затраты тепла при ректификации жидких смесей // III Международная ресурсосберегающие процессы и оборудование в химической, нано- и биотехнологии». Материалы конференции М., Изд. МГОУ, 2013. С. 248-251.
50. Захаров М.К., Владимирова О.Е., Моханд Аббаси, Назаров Д.Г. Влияние агрегатного состояния исходной бинарной смеси на затраты теплоты при ректификации // Химическая технология. IV Всероссийская конференция по хим.
технологии, М., 2012, т. 2. С. 205-207.
51. Захаров М.К., Довбиш А.А. Об энергосбережении при ректификации за счет нагревания исходной бинарной смеси паром в верхней части колонны // Материалы Международной научно-методической конференции «Химия и экология. Наука и образование.» Изд. МГОУ, 2010, С. 150-155.
52. Захаров М.К., Довбиш А.А. Энергозатраты и энергосбережение при ректификации бинарных и трехкомпонентных смесей // Вестник МИТХТ, 2010, т.5, №6, С. 9-12.
«