Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 [ 60 ] 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

ШВА V АЗЕОТРОПНАЯ И ЭКСТРАКТИВНАЯ РЕКТИФИКАЦИЯ

ОСОБЕННОСТИ РЕКТИФИКАЦИИ БЛИЗКОКИПЯЩИХ И АЗЕОТРОПНЫХ СМЕСЕЙ

Легкость разделения компонентов при ректификации определяется величиной коэффициента относительной летучести а, который для идеальных растворов определяется как отношение давления насыщенных паров разделяемых компонентов:

а = Р, /Р.

Для близкокипящих компонентов давления их насыщенных паров сближаются, что приводит к уменьшению значения а. При а «1,05 разделение таких смесей обычной ректификацией становится затруднительным, так как при этом требуется большое число теоретических тарелок и большое флегмовое число.

Если компоненты образуют азеотропную смесь, т.е. смесь, кипящую при определенной температуре (см. гл. II) и имеющую а = 1, применение обычной ректификации не позволяет разделить смесь на индивидуальные компоненты. В этом случае при любом составе исходной смеси, подвергаемой ректификации, в качестве одного из компонентов будет выступать азеотроп.

Таким образом, при достаточно большом числе тарелок и флегмовом числе смесь близкокипящих компонентов может быть разделена обычной ректификацией, тогда как разделение смеси, образующей азеотроп, этим методом вообще невозможно.

Влияние величины коэффициента относительной летучести на необходимое число теоретических тарелок в ректификационной колонне при различной четкости разделения иллюстрируется кривыми, приведенными на рис. V-1.

Четкость разделения можно охарактеризовать величиной фракционирующего фактора Е, определяемого через концентрации продуктовых потоков колонны:

УД2*И,1

Из приведенных на рис. V-1 кривых видно, что при данной четкости разделения число теоретических тарелок весьма быстро увеличивается в области а < 1,2. Так, например, при Я = 10 уменьшение величины а от 1,2 до 1,03 приводит к необходимости иметь в колонне 120 теоретических тарелок вместо 13.

На величину коэффициента относительной летучести можно воздействовать путем изменения давления в системе, о чем говорилось ранее.

Для ряда смесей величина коэффициента относительной летучести может быть увеличена путем добавления к исходной смеси третьего компо-

Pl6\ Па

100 80 60 40 20 О

1,2 1,4 1,6 1,8 a

Рис. V-1. Зависимость числа теоретических тарелок JV, в колонне от величины коэффициента относительной летучести а при бесконечном флегмовом числе и различной величине фракционирующего фактора Е

Рис. V-2. Кривые зависимости давления насыщенных паров от температуры:

1 - бензол; 2 - циклогексан; 3 - смесь циклогексана с анилином [80 % (мол.); 4 - смесь бензола с анилином [80 % (мол.)

нента, называемого разделяющим агентом. Этот специально добавляемый компонент обладает различной растворимостью по отношению к разделяемым компонентам, что позволяет изменять относительную летучесть разделяемых компонентов за счет различного воздействия разделяющего агента на их коэффициенты активности.

В общем случае для смесей, отклоняющихся от законов идеальных растворов, величина коэффициента относительной летучести определяется из выражения

Р2У2

ГАе Yi и 72 ~ коэффициенты активности разделяемых компонентов.

В присутствии разделяющего агента разделяемые компоненты вследствие их различной растворимости по-разному отклоняются от законов идеальных растворов и отношение коэффициентов активности этих компонентов у,/у2 может существенно отличаться от единицы. Поэтому даже в случае одинакового давления насыщенных паров разделяемых компонентов (Pi/Pj «1) величина коэффициента относительной летучести а может

значительно отличаться от единицы.

На рис. V-2 приведены кривые, характеризующие давления насыщенных паров бензола и циклогексана в чистом виде, а также в смеси каждого из них с анилином, который служит разделяющим агентом.

Из приведенных данных видно, что без добавки анилина давления насыщенных паров бензола и циклогексана близки между собой (а =< 1), что практически исключает разделение этих компонентов обычной ректификацией. В присутствии разделяющего агента (анилина) давления паров циклогексана и бензола существенно различаются, при этом циклогексан, как менее растворимый в анилине, имеет значительно большее давление насыщенных паров, чем бензол, который хорошо растворяется в анилине. Поэтому в присутствии анилина смесь бензола и циклогексана разделяется достаточно легко, при этом циклогексан ведет себя как НКК, а бензол - как ВКК.

Подобное же явление можно наблюдать для смеси различных углеводородов, содержащих четыре атома углерода в молекуле и входящих в состав бутан-бутиленовой фракции. Ниже приведен порядок расположения упомянутых углеводородов по их относительным летучестям при использовании фурфурола в качестве разделяющего агента, а также в его отсутствие:

в отсутствие фурфурола В присутствии фурфурола

Изобутан Изобутан

Изобутен н-Бутан

1-Бутен Изобутен

1,3-Бутадиен 1-Бутен

н-Бутан я1ранс-2-Бутен

я1ранс-2-Бутен цис-2-Бутен

цис-2-Бутен 1,3-Бутадиен

Из приведенных данных следует, что добавление фурфурола приводит к перераспределению относительных летучестей компонентов, что позволяет более легко разделить те или иные компоненты смеси, например изобутан и изобутен.

Ректификация в присутствии разделяющего агента применяется при разделении близкокипящих смесей ароматических, парафиновых и нафтеновых углеводородов (например, отделение бензола, толуола и ксилолов от парафиновых и нафтеновых углеводородов), парафиновых и непредельных углеводородов (выделение изо- и нормального бутанов из смеси с бутенами и бутадиенами) и т.д.

При существенном различии коэффициентов активности Y, и более летучим может оказаться компонент, имеющий более высокую температуру кипения.

В зависимости от летучести разделяющего агента по отношению к летучестям разделяемых компонентов процесс разделения осуществляется в виде азеотропной или экстрактивной ректификации.

Азеотропная ректификация заключается в осуществлении процесса ректификации в присутствии разделяющего агента, образующего с компонентами разделяемой смеси один или несколько азеотропов, которые преимущественно отбираются в виде ректификата. В качестве кубового остатка отбирается один компонент или смесь компонентов с минимальным содержанием разделяющего агента.

При экстрактивной ректификации применяется разделяющий агент, относительная летучесть которого низка по сравнению с компонентами разделяемой смеси. Поэтому в процессе экстрактивной ректификации практически весь разделяющий агент отводится с кубовым продуктом. В ректификат обычно переходит незначительное количество разделяющего агента.