6.5. Синтез схем ректификации для разделения смеси бензол-хлорбензол-м-дихлордензол

Для разделения трехкомпонентной зеотропной смеси нами было предложено четыре технологические схемы (рис. 6.5.1. - 6.5.2.). 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. 6.5.1.а, в). Согласно этой схеме в качестве дистиллата колонны 1 выделяют практически чистый бензол, а кубовый продукт колонны 1 поступает на дальнейшее разделение. В колонне 2 происходит разделение хлорбензола и метадихлорбензола.

Технологическая схема 2 представлена на рис. 6.5.2. а, в. Первая колонна схемы 2 работает в режиме второго заданного разделения, что позволяет выделить в качестве кубового продукта тяжелокипящий метадихлорбензол. Дистиллат колонны 1 направляют на дальнейшее разделение на бензол и хлорбензол в колонну 2.

Используя широко развитые методы синтеза схем, основанные на теории графов [5, 6, 7, 8], нами синтезированы технологические схемы разделения трехкомпонентной смеси бензол - хлорбензол – метадихлорбензол, содержащие сложные колонны (рис.6.5.1. б, г, 6.5.2. б, г). Схемами-прообразами являются описанные схемы 1 и 2. Для трансформации схем 1 и 2 представим их в виде графов (рис. 6.5.1. в, г, 6.5.2. в, г). Структуры 3 и 4 получают путем стягивания по ориентированному ребру, эксплицирующему потоки между колоннами. Полученные схемы-образы являются структурами с частично (рис. 6.5.1.б,г, 6.5.2.б,г) связанными тепловыми и материальными потоками.

Синтезированная схема 3 (рис. 6.5.1. б) представляет собой сложную колонну с боковой укрепляющей секцией. Схема содержит два дефлегматора и один кипятильник. Схема 4 (рис. 6.5.2. 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.6.5.3.(схема1, схема2) и рис. 6.5.4. ( схема3, схема4).

6.6. Разделение смеси по схемам из простых и сложных колонн

Итак, нами было предложено четыре схемы ректификации.

Сравнение энергопотребления схем проводили по критерию минимальных энергозатрат, которые вычисляли как сумму тепловых нагрузок на кипятильники колонн. Все аппараты технологической схемы работают при давлении 1 кг/см2.

Все расчеты проводили на 200 КМоль/час исходной смеси с помощью программного комплекса PRO П.

В ходе расчетов для каждой технологической схемы нами были определены оптимальные положения тарелок питания, обеспечивающих минимальное энергопотребление в кубах колонн. Тарелка питания выбиралась с учётом того, чтобы состав потока питания был максимально близок к составу жидкости на тарелке. Для определения оптимальной тарелки питания в каждой колонне потребовалось проведение серии расчетов. В проектном варианте расчета в каждой колонне варьировали тарелку питания по высоте аппарата и сравнивали значения флегмового числа и тепловых нагрузок.

При увеличении числа тарелок в колонне энергозатраты в кубе колонны снижаются. Число тарелок N увеличивали до тех пор пока изменение энергозатрат ∆Q, рассчитанное по формуле (6.6.1.) не снижалось менее 1%

(6.6.1.)

При снижении ∆Q менее 1% принималось окончательное число тарелок N.

Результаты расчётов по схемам 1-4 представлены в таблице 6.6.2.

Схемы №2 и №4 по характеристикам продуктового потока хлорбензола отличаются от схем №1и№3. Составы потока хлорбензола приведены в таблице 6.6.1. Согласно данным приведённым в таблице 6.6.1. схемы №2 и №4 несопоставимы со схемами №1 и №3 по двум причинам:

1. Согласно требованиям на товарный хлорбензол содержание дихлорбензола недопустимо. Хлорбензол полученный по схемам №2 и №4 содержит дихлорбензол что несоответствует требованиям стандартов.

2. Составы примесей в потоках хлорбензола для схем №1 и №3 не соответствуют составам примесей в потоках хлорбензола для схем №2 и №4, поэтому нельзя сопоставлять энергозатраты в схемах №1 и №3 с энергозатратами в схемах №2 и №4.

По приведённым выше причинам схемы №2 и №4 не рассматриваются как приемлемые для получения товарного хлорбензола.

Таблица 6.6.1.

Сравнительные данные по энергозатратам в схемах 1-4.

Таблица 6.6.2.