Разделение смеси бензол – циклогексан – этилбензол – н-пропилбензол экстрактивной ректификацией

*В скобках указано давление при котором проводилось измерение

Мы рассмотрели тройную смесь, разделяемую в комплексе экстрактивной ректификации при давлении 0,3 кг/см2. В концентрационном симплексе мы определили ход альфа линий (рис. 6). Значения альфа линий представлены для пары компонентов 12, где 1 – циклогексан, 2 – бензол.

Рис. 6. Ход альфа-линий в смеси циклогексан-бензол-анилин при 0,3 кг/см2

В данном случае на рис. 6 единичная альфа линия делит симплекс на две области. Область α<1 прилегает к легкокипящему циклогексану. Здесь максимальным коэффициентом распределения обладает бензол, что делает невозможным выделение чистого циклогексана при нахождении состава питания в данной области.

В области α>1 циклогексан обладает максимальным коэффициентом распределения и может быть выделен в качестве дистиллата экстрактивной колонны. Поэтому нами был выбран эквимолярный состав исходного питания, при котором хРА=0,8 (F:РА=1:4), где значение коэффициента относительной летучести α ≈ 8 (>2).

Тепловой баланс процесса экстрактивной ректификации

В качестве критерия оптимизации традиционного варианта организации процесса экстрактивной ректификации мы использовали суммарные энергетические затраты в кипятильниках колонн:

, (6)

где N – число колонн в технологической схеме.

Причем, энергетические затраты в кубе каждой колонны рассчитываются, исходя из общего теплового баланса.

Для колонны экстрактивной ректификации традиционной схемы уравнение теплового баланса имеет вид:

,(7)

где QF = F*CF*TF – количество тепла, поступающее с потоком исходной смеси;

QЭА = PЭА*СЭА*ТЭА – количество тепла, поступающее в колонну с потоком экстрактивного агента;

QD = D*CD*TD – количество тепла, отводимое из колонны с потоком дистиллята;

QW = W*CW*TW – количество тепла, отводимое из колонны с кубовым потоком;

Qконд = D(R+1)r – количество тепла, отводимое при конденсации потоков дистиллята и флегмы.

Откуда затраты тепла в кипятильнике:

Qкип = QD + QW + Qконд – QF – QЭА(8)

Qкип = D*CD*TD + W*CW*TW + D(R+1)r – F*CF*TF – PЭА*СЭА*ТЭА (9)

При заданных количестве, составе питания и качестве продуктов поток дистиллята определяется из общего материального баланса колонны и является фиксированной величиной. Следовательно, теплосодержание верхнего продукта QD есть величина практически постоянная. Величина кубового потока также определяется из материального баланса и зависит от F:ЭА. Следовательно, теплосодержание нижнего продукта QW зависит от расхода разделяющего агента. Величина QF в уравнении (8) является постоянной, поскольку все расчеты мы проводили при фиксированном количестве исходной смеси заданного состава, поступающей в колонну при температуре кипения.

Таким образом, величина энергетических затрат в кубе экстрактивной колонны в рассматриваемом случае зависит в основном от флегмового числа, температуры и расхода подаваемого в колонну экстрактивного агента.

Как известно, флегмовое число в колонне заданной эффективности определяется, с одной стороны, природой разделяемой смеси, а с другой – положением тарелки питания, поскольку в зависимости от точки подачи исходной смеси в колонне формируется определенный профиль концентраций компонентов (траектория ректификации).

В колонне ЭР на формирование профиля оказывает существенное влияние и уровень ввода ЭА.

Температура подачи в колонну ЭА оказывает неоднозначное влияние на величину энергозатрат. С одной стороны, как видно из уравнения (9), чем выше температура ЭА, тем меньше на первый взгляд, Qкип. Однако поскольку ЭА подают в верхнее сечение колонны и при этом увеличивается его концентрация на верхних тарелках, то для получения дистиллята заданного качества потребуются более высокие значения флегмового числа, что в свою очередь приводит к росту Qкип.

Для колонны регенерации ЭА уравнение теплового баланса имеет вид:

QF + Qкип = QD + QW + D(R+1)r.(10)

Откуда Qкип = QD + QW + D(R+1)r – QF(11)

Обозначения те же, что и в уравнении (7)

В данном случае количество и состав исходной смеси и продуктовых потоков определяется общим материальным балансом схемы. Поэтому величина энергозатрат зависит в основном от флегмового числа, которое в свою очередь в колонне заданной эффективности определяется положением тарелки питания.

Таким образом, основными параметрами, определяющими энергоемкость традиционной схемы экстрактивной ректификации, состоящей из двух колонн, при заданных количестве, составе и температуре исходной смеси и заданном качестве продуктовых потоков являются: