Главная » 2014 » Июнь » 20 » Скачать Разработка энергосберегающих схем экстрактивной ректификации, содержащих комплексы с частично связанными тепловыми и материальными бесплатно
3:06 AM
Скачать Разработка энергосберегающих схем экстрактивной ректификации, содержащих комплексы с частично связанными тепловыми и материальными бесплатно
Разработка энергосберегающих схем экстрактивной ректификации, содержащих комплексы с частично связанными тепловыми и материальными потоками
Диссертация
Автор: Моргунов, Андрей Викторович
Название: Разработка энергосберегающих схем экстрактивной ректификации, содержащих комплексы с частично связанными тепловыми и материальными потоками
Справка: Моргунов, Андрей Викторович. Разработка энергосберегающих схем экстрактивной ректификации, содержащих комплексы с частично связанными тепловыми и материальными потоками : диссертация кандидата технических наук : 05.17.04 / Моргунов Андрей Викторович; [Место защиты: Моск. гос. акад. тонкой хим. технологии им. М.В. Ломоносова] - Москва, 2009 - Количество страниц: 191 с. Прил. ( 190 с. : ил. ) ил. Москва, 2009 191 c. :
Объем: 191 стр.
Информация: Москва, 2009
Содержание:
1 Литературный обзор
11 Экстрактивная ректификация и ее роль в промышленности органического синтеза
111 Теоретические основы экстрактивной ректификации
112 Промышленные технологии экстрактивной ректификации
12 Структурная оптимизация технологических схем разделения
121 Термодинамически обратимая ректификация как наиболее совершенный процесс разделения
122 Приближение реального процесса к термодинамически обратимому и другие способыповышения термодинамической эффективности процессов разделения
123 Энергосбережение в процессах экстрактивной ректификации
13 Методы синтеза схем экстрактивной ректификации Постановка задачи
2 Разработка метода синтеза схем экстрактивной ректификации в комплексах колонн с частично связанными материальными потоками
3 Объекты и методы исследования
31 Моделирование паро-жидкостного равновесия
32 Порядок оптимизации схем экстрактивной ректификации
33Методикарасчета схем со связанными материальными потоками
4 Выбор оптимальной схемыпроцесса экстрактивной ректификации смеси циклогексан бензол 2,4-диетилпентан
5 Выбор оптимальной схемы процесса экстрактивной ректификации смеси циклогексан бензол — толуол
Выводы
Введение:
Практически во всех процессах химической и нефтехимической промышленности самыми энергоемки являются блоки разделения продуктов, потребности которых могут составлять 50-^80% от всего энергопотребления производства. Самым распространенным методом извлечения товарных продуктов является ректификация. Она проста и дает возможность получить очень чистый продукт, однако при всех ее достоинствах, есть и ряд серьезных недостатков. Ректификационные колонны — это энерго- и металлоемкие аппараты, требующие крупных капиталовложений. Более того, если разделяемая смесь характеризуется высокой степенью неидеальности (наличием близкокипящих компонентов или азеотропии), то попытка выделить чистые индивидуальные компоненты в классических ректификационных схемах становится неосуществимой задачей. В этом случае применяют специальные методы разделения - азеотропную^ ректификацию, экстракцию, экстрактивную ректификацию и др. Существует множество вариантов организации технологических схем разделения. При увеличении числа выделяемых фракций растет и число возможных вариантов организации системы разделения. Каждая из схем представляет собой- путь протекания процесса и, поскольку ректификация является термодинамически обратимой, характеризуется определенными энергетическими и экономическими затратами на разделение.В настоящее время энергетические ресурсы достаточно дороги и, следовательно, снижение производственных затрат за счет уменьшения потребления энергии является актуальной задачей. Проблема энергосбережения в настоящее время включена в перечень критических технологий Российской Федерации.Основным направлением совершенствования процессов ректификации является повышение эффективности массообмена и термодинамической эффективности. В'последнем случае эффект достигаетсягпзггем^ приближения-, реальных процессов» ректификации к термодинамически обратимому, являющемуся идеализированной моделью процесса разделения, обладающему минимальным производством энтропии. Разработке таких методов и их практическому применению для зеотропных смесей'посвящено^ значительное количество исследовательсьшх работ. Что- же касается процессов экстрактивной, ректификации,, то' в силу особенностей этого-процесса его приближение к, термодинамически обратимому является, более сложной задачей и этими вопросами занималось относительно небольшое число исследователей. К настоящему моменту уже получены некоторые решения в той или иной степени повышающие термодинамическую эффективность экстрактивной ректификации, однако комплексного подхода, позволяющего синтезировать сложные, структуры, содержащие сложные колонны исходя из свойств и фазового портрета разделяемой смеси до настоящего времени не существует.Цель работы.Настоящая работа посвящена разработке метода синтеза оптимальных технологических схем разделения азеотропных смесей на основе приближения к термодинамически обратимой ректификации, выявлению закономерностей трансформации структуры технологической схемы разделения азеотропной смеси от исходного .состава питания, разработке методов синтеза схем экстрактивной ректификации для смесей со сложным фазовым портретом, содержащим несколько азеотропов и требующим многократного применения разделяющего агента, оценке эффективности использования комплексов с частично связанными тепловыми и материальными потоками в процессах экстрактивной ректификации.Для достижения поставленных целей в работе использованы: теория графов, топологический анализ, математическое моделирование схем ректификации и расчетный эксперимент.Научная новизна.Разработан алгоритм синтеза схем экстрактивной ректификации многокомпонентных азеотропных смесей, содержащих сложные колонны с частично связанными тепловыми и материальными потоками, основанный на использовании В' качестве прообразов схем экстрактивной ректификации многокомпонентных азеотропных смесей, состоящих из двухотборных колонн.Выявлены работоспособные схемы экстрактивной ректификации для всех непротиворечивых типов фазовых диаграмм трехкомпонентных азеотропных смесей. Показано, что в случае если схема-прообраз является работоспособной, то и все ее образы также работоспособны.Установлено, что существуют фазовые диаграммы, для которых работоспособность той или иной схемы зависит от расположения точьси состава питания.Для разделения азеотропных смесей со сложной структурой фазовой диаграммы предложены теплоинтегрированные схемы с двз^хзональной подачей экстрактивного агента; методом расчетного эксперимента подтверждена их работоспособность иэффективность.Выявлена преемственность в^ эффективности схем экстрактивной' ректификации при переходе от схем - прообразов из двухотборных колонн к схемам - образам из многоотборных колонн.Практическая значимость.Разработан алгоритм синтеза технологических схем экстрактивной ректификации со связанными тепловыми и материальными потоками для разделения трехкомпонентных азеотропных смесей.Для каждого термодинамико-топологического портрета парожидкостного равновесия трехкомпонентных азеотропных смесей определены работоспособные схемы.Для' фракции, содержащей смесь бензола и олефинов? (циклогексан* — бензол — 2,4-диметилпентан), предложены технологические^ схемы-разделения из простых двухсекционньгх; колонн с двукратным применением экстрактивного агента, а также схемы с частично связанными тепловыми и материальными потоками с применением двухзональной подачи экстрактивного агента, обеспечивающие снижение энергозатрат на 70-^ 80 % по сравнению с классическими четырехколонными схемами с промежуточной регенерацией экстрактивного^ агента*. Синтезированные схемы можно рекомендовать как эффективную альтернативу двухступенчатым схемам выделения бутадиена из бутилен-бутадиеновой-(пиролизной) фракции.Для разделения смеси циклогексан — бензол — толуол, входящей в состав пироконденсата, фракции сырого бензола, при переработке угля, а. также фракции БТК (процесс ароматизации олефинов С2-С4) разработаны, схемы экстрактивной ректификации, обладающие минимальными» энергозатратами (экономия энергии до 85% по сравнению с «классическими» схемами издвухотборных колонн).Объем работы.Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, постановки задачи, 5 глав, выводов и библиографического списка и 5 приложений, напечатанных отдельным томом. Диссертация изложена на 191 странице машинописного текста, содержит 75 таблиц, 73 рисунка и библиографию из 159 наименований.Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследования.В первой главе представлен обзор литературы по экстрактивной ректификации неидеальных смесей, изложено влияние различных факторов на его протекание. Рассмотрены теоретические основы термодинамически обратимого процесса, описаны ректификационные комплексы, основанные на принципе термодинамической обратимости и методы приближения реального процесса к термодинамически обратимому, современные методики синтеза схем экстрактивной ректификации.Вторая глава посвящена разработке алгоритма синтеза схем экстрактивной ректификации многокомпонентных азеотропных смесей в. комплексах колонн с частично связанными тепловыми и материальными потоками. Предложен метод синтеза схем, содержащих колонны с двухзональной' подачей экстрактивного агента. Проведен анализ работоспособности синтезированных схем для разделения всех непротиворечивых типов фазовых портретов трехкомпонентных азеотропных смесей.В третьей главе представлены объекты и методы исследования, * приведены основные физико-химические свойства веществ, параметры J моделей парожидкостного равновесия^ а также методика оптимизации технологических схем экстрактивной ректификации В' четвертой главе рассмотрен процесс экстрактивной ректификации азеотропной смеси циклогексан - бензол — 2,4-диметилпенан. Расчетным экспериментом подтверждена работоспособность структур с частично связанными тепловыми и материальными потоками и двухзональной подачей экстрактивного агента. Проведен сопоставительный анализ энергетической эффективности синтезированных схем и классических схем с промежуточной регенерацией экстрактивного агента.В пятой главе рассмотрен процесс экстрактивной ректификации промышленной азеотропной смеси циклогексан - бензол - толуол.Проиллюстрировано применение разработанного алгоритма синтеза схем с интегрированными тепловыми и материальными потоками. Для составов питания, принадлежащих разным областям дистилляции произведены расчет и оптимизация синтезированных технологических схем разделения.Выявлены схемы, обладающие минимумом энергозатрат на разделение.Шестая глава посвящена обсуждению полученных результатов. Для процесса экстрактивной ректификации показана энергетическая и термодинамическая эффективность применения схем со связанными тепловыми и материальными потоками и двухзональной подачей экстрактивного агента.