Разделение смеси бензол – циклогексан – этилбензол – н-пропилбензол экстрактивной ректификацией
Отчет по колонне включает в себя: суммарные данные по колонне. Суммарные данные по колонне содержат температуры, давления, расходы, тепловые нагрузки по каждой тарелке, информацию по потокам сырья и продуктов и общие тепловой и материальный балансы. По умолчанию расходы выводятся в мольных единицах. Путем выбора соответствующего варианта может быть выведен дополнительный суммарный отчет в массовых, объемных или газовых объемных единицах: молекулярные веса, реальные плотности, реальные объемные расходы и транспортные свойства, энтальпии потоков и стандартные плотности жидкости, К.П.Д. тарелок и/или К.П.Д. тарелок для отдельных компонентов, диаграмма температур, давлений, мольных расходов, расходов сырья, и продуктов и тепловых нагрузок нагревателей/холодильников, суммарная нагрузка тарелок, отчет по составам, таблица извлечения компонента, отчет по сепаратору, отчет по теплообменнику.
Выбор исходной смеси и экстрактивного агента
В качестве объекта исследования была выбрана четырехкомпонентная смесь бензол – циклогексан – этилбензол – н-пропилбензол, содержащая один бинарный азеотроп на стороне бензол – циклогексан. Для разделения азеотропной пары применяется анилин, его применение рекомендовано авторами [12]. В табл.2 представлены физико-химические свой ства чистых компонентов и параметры азеотропа.
Таблица 2
Свойства чистых компонентов
|
Вещество |
Ткип, ◦С |
Тплавл., ◦С |
Ткрит, ◦С |
Ркрит, кг/см2 |
Плот-ность, кг/м3 |
Молекулярная масса, г/моль |
|
Бензол |
80,09 |
5,53 |
288,90 |
49,92 |
883,92 |
78,11 |
|
Циклогексан |
80,72 |
6,54 |
280,39 |
41,54 |
782,65 |
84,16 |
|
Этилбензол |
136,20 |
-94,95 |
344,00 |
36,80 |
870,96 |
106,17 |
|
н-Пропилбензол |
159,24 |
-99,60 |
365,20 |
32,63 |
865,62 |
120,19 |
|
Анилин |
184,35 |
-6,02 |
425,85 |
54,14 |
1025,5 |
93,13 |
Таблица 3
Параметры бинарного азеотропа бензол-циклогексан [28]
|
Ткип1,оС |
Ткип2,оС |
Ткип смеси,оС |
Конц1, вес% |
Тип азеотропа |
|
80,09 |
80,74 |
28,4(128) * |
49,4 мол% |
гом |
|
80,09 |
80,74 |
33,1(155) |
49,8 мол% |
гом. |
|
80,10 |
80,75 |
39,99(–) |
51,1 мол% |
гом |
|
80,09 |
80,74 |
48,3(287) |
49,3 мол% |
гом |
|
80,09 |
80,74 |
50,4(307) |
51,2 мол% |
гом |
|
80,09 |
80,74 |
63,7(495) |
52,6 мол% |
гом |
|
80,09 |
80,74 |
69,8(602) |
53,1 мол% |
гом |
*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)
