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

Образование азеотропных смесей разделяющего агента с компонентами разделяемой смеси нежелательно, если мы хотим избежать значительного загрязнения ректификата разделяющим агентом. Процесс образования такой азеотропной смеси, разделяющего агента с компонентом, отбираемым в ректификат, которая затем легко разделяется, например, расслаиванием, получил название азеотропно-экстрактивной ректификации.

Применение азеотропной и экстрактивной ректификации в промышленности определяется в основном экономическими показателями процесса. Эксплуатационные затраты на ректификацию с разделяющим агентом в значительной степени зависят от относительного количества разделяющего агента, циркулирующего в системе, и затрат на его регенерацию.

С увеличением удельного расхода разделяющего агента возрастают энергозатраты на нафев и перекачку, а при азеотропной ректификации - на испарение разделяющего агента и его конденсацию.

Расход разделяющего агента зависит главным образом от состава сырья. Так, при азеотропной ректификации расход разделяющего агента увеличивается с повышением в сырье концентрации тех компонентов, которые отбираются в ректификат. При экстрактивной ректификации, наоборот, расход разделяющего агента возрастает при повышении в сырье концентрации компонентов, отбираемых в виде кубового продукта.

Разделяющий агент, используемый при азеотропной и экстрактивной ректификации, должен удовлетворять следующим основным требованиям:

1) обеспечивать возможно большее повышение коэффициента относительной летучести разделяемых компонентов;

2) сравнительно легко регенерироваться;

3) хорошо растворять разделяемые компоненты, чтобы исключить расслаивание жидкой фазы при температурном режиме в колонне, поскольку это может привести к ухудшению процесса разделения;

4) быть термически стабильным, не вступать в химическую реакцию с компонентами смеси, не вызывать коррозии аппаратуры, не быть токсичным, иметь невысокую стоимость.

Применяемые в промышленности разделяющие агенты только в той или иной степени удовлетворяют перечисленным требованиям. При разделении парафиновых и ароматических углеводородов с помощью азеотропной ректификации в качестве разделяющего агента применяют метанол, этанол, метилэтилкетон и др., а при экстрактивной ректификации - фенол, фурфурол и др.

ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ РАЗДЕЛЯЮЩЕГО

АГЕНТА И ТЕМПЕРАТУРЫ СИСТЕМЫ

НА ВЕЛИЧИНУ КОЭФФИЦИЕНТА ОТНОСИТЕЛЬНОЙ

ЛЕТУЧЕСТИ

Величины коэффициентов активности у и относительной летучести а зависят от свойств компонентов, концентрации разделяющего агента и температуры (давления) системы.

Коэффициенты активности компонентов зависят от концентраций компонентов. В соответствии с уравнением Дюгема - Маргулеса эта зависимость может быть представлена следующим образом:

Рис. V-3. Зависимости коэффициентов активности и их отношения от состава бинарной смеси:

а - положительное отклонение от закона Рауля; б - отрицательное отклонение от закона Рауля; в - промежуточный случай

<ЗУ\ Л-х d\qy2 dx X dx

Из ЭТОГО уравнения видно, что наклоны кривых Igy, = /,(х) и яъ = 2(х) имеют разные знаки.

На рис. V-3 приведены зависимости коэффициентов активности и их отношения от состава бинарной смеси. При концентрации компонента равной единице коэффициент его активности равен единице, а Igy = 0. Могут встретиться и более сложные зависимости Igy = /(х), например имеющие экстремальные точки. Однако такие системы на практике встречаются редко.

С увеличением концентрации разделяющего агента в жидкой фазе коэффициент относительной летучести и отношение коэффициентов активности разделяемых компонентов обычно растут (см. рис. V-3 и рис. V-4).

На рис. V-4 приведены кривые равновесия фаз для смеси метилцикло-гексан-толуол при различных концентрациях разделяющего агента - фенола. Составы жидкой и паровой фаз даны для смеси метилциклогексана и толуола без учета присутствия разделяющего агента (фенола).

С повышением концентрации фенола в жидкой фазе кривая равновесия фаз становится более выпуклой вследствие увеличения коэффициента относительной летучести.

На величины коэффициентов активности и относительной летучести изменение температуры влияет неодинаково. В большинстве случаев понижение температуры приводит к увеличению коэффициентов активности и относительной летучести.

Рис. V-4. Кривые равновесия фаз смеси ме-тилциклогексан-толуол при различных концентрациях фенола (% масс):

J - 75; 2 - 50; 3 - 25; 4 - О

О 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 X

Если с понижением температуры величина коэффициента относительной летучести смеси уменьшается, например, для смеси метилциклогексан-гептан, то эта же закономерность сохраняется в присутствии разделяющего агента.

Изменение температуры системы обусловливает соответствующее изменение давления. В ряде случаев путем изменения температуры (давления) удается перевести систему (включая азеотропные смеси) в область больших коэффициентов относительной летучести.

Сложность расчета колонн для азеотропной и экстрактивной ректификации в первую очередь связана с трудностью расчета фазового равновесия систем, существенно отклоняющихся от законов идеальных растворов. В остальном расчет базируется на тех же основных закономерностях (см. гл. rV).

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ АЗЕОТРОПНОЙ И ЭКСТРАКТИВНОЙ РЕКТИФИКАЦИИ

Изложенные особенности процессов азеотропной и экстрактивной ректификации определяют различия их технологического оформления, связанные главным образом с регенерацией разделяющего агента.

При азеотропной ректификации разделяющий агент выводится в виде азеотропных смесей, поэтому его регенерация может вызвать определенные затруднения. В этой связи для азеотропной ректификации стараются использовать разделяющие агенты, которые обладают офаниченной растворимостью в компонентах, отбираемых в ректификат. Тогда отделение разделяющего агента от целевых компонентов может быть выполнено путем расслаивания охлажденного ректификата. Один слой представляет собой разделяющий агент, возвращаемый в колонну, второй слой - обогащенный целевым компонентом раствор с примесью разделяющего агента. Разделяющий агент может быть выделен во второй колонне в виде азеотропа, который после конденсации и охлаждения направляется на расслаивание. Из низа колонны получают практически чистый целевой компонент.

На рис. V-5 приведена схема установки для азеотропной ректификации в случае, когда разделяющий агент и целевые компоненты, отбираемые в ректификат, образуют расслаивающую систему.

Исходная смесь с разделяющим агентом подается в колонну ], где высококипящие компоненты отбираются в виде кубового продукта. Азеотропная смесь после конденсации в конденсаторе 2 и охлаждения в холодильнике 3 поступает в расслаиватель 4, из которого один поток (в основном разделяющий агент) возвращается в колонну 1, а второй (смесь низ-кокипящих компонентов и разделяющего агента) направляется в регенерационную колонну 5. Из колонны 5 низкокипящие компоненты отбираются в виде кубового продукта, а разделяющий агент в виде азеотропа, который после конденсации в конденсаторе 2 и охлаждения в холодильнике 3 направляется в расслаиватель 4.

Таким образом, разделяющий агент рециркулирует через верхние части обеих колонн и расслаиватель 4.

В процессе экстрактивной ректификации применяется малолетучий разделяющий агент, поэтому его регенерация обычно осуществляется без затруднений путем обычной ректификации. Разделяющий агент отбирается в виде кубового продукта и вновь подается в колонну экстрактивной ректификации.