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

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ТОНКОЙ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВА Кафедра Химии и Технологии Основного Органического Синтеза Аттестационная работа по теме Разделение смеси бензол - циклогексан - этилбензол - н-пропилбензол экстрактивной ректификацией на соискание степени бакалавра по направлению 550800 Химическая Технология и Биотехнология Зам. заведующего кафедройА.В. Тимошенко д.т.н проф. Руководители д.т.н проф.А.В. Тимошенко асп. Л.В. Иванова СоискательА.В. Макашова Москва 2004Оглавление Список сокращений3 Введение 4 Литературный обзор5 Методы разделения азеотропных смесей5 Разделение азеотропных смесей в комплексах, работающих под разным давлением6 Азеотропная ректификация6 Разделение азеотропных смесей методом экстрактивной ректификации7 Выбор разделяющего агента8 Классификация схем экстрактивной ректификации10 Применение экстрактивной ректификации для разделения промышленных смесей12 Выделение бутадиена из смесей углеводородов С412 Процесс удаления примесей из олефинов 15 О критериях оптимизации технологических схем16 Модели ПЖР18 Модель Вильсона18 Модель NRTL19 IQUAC 19 Модель SRK21 Модель Peng-Robinson22 Модель UNIFAC22 Материальный баланс процесса экстрактивной ректификации24 Постановка задачи26 Расчетно-экспериментальная часть27 Программный комплекс PRO II27 Требования к аппаратным средствам27 Выходные данные программы27 Выбор исходной смеси и экстрактивного агента28 Тепловой баланс процесса экстрактивной ректификации30 Выбор адекватной модели ПЖР32 Определение оптимальных рабочих параметров экстрактивной ректификации по схеме с использованием разделяющего агента в первой колонне33 Определение оптимальных рабочих параметров экстрактивной ректификации по схеме с использованием разделяющего агента во второй колонне39 Сравнение результатов44 Выводы47 Список литературы48 Список сокращений МБ - материальный баланс ТБ - тепловой баланс Т - температура, оС ЭА - экстрактивный агент РА - разделяющий агент ЭР - экстрактивная ректификация Б - бензол ЦГ - циклогексан ЭБ - этилбензол ПБ - н-пропилбензол NЭА - уровень подачи экстрактивного агента NF - уровень подачи питания ПЖР - парожидкостное равновесие Введение Процесс ректификации играет ведущую роль среди процессов разделения промышленных смесей.

Большая энергоемкость процесса делает поиск оптимальных схем разделения актуальной задачей химической технологии.

В промышленности разделению подвергаются многокомпонентные смеси как простых зеотропных, так и сложных азеотропных смесей.

В последнем случае в связи с термодинамико-топологическими ограничениями получение чистых продуктов обычной ректификацией невозможно.

Для решения этой проблемы предложен ряд методов, одним из которых является экстрактивная ректификация с использованием разделяющего агента.

Данный метод достаточно прост в аппаратурном оформлении и не требует значительных энергозатрат по сравнению с другими методами разделения азеотропных смесей.

На сегодняшний день сложилась классификация схем экстрактивной ректификации, согласно которой разделяющий агент применяется на разных этапах разделения.

Таким образом, возникает поливариантность организации процесса и необходимость исследования каждого варианта с целью выявить наименее энергоемкий. В данной работе рассматриваются традиционные схемы разделения азеотропных смесей, состоящих из простых двухсекционных колонн. Цель работы заключается в разработке энергосберегающего процесса экстрактивной ректификации азеотропной смеси.

Литературный обзор

Литературный обзор

Методы разделения азеотропных смесей

В различных отраслях промышленности используют разнообразные жидкие и ... Этот принцип может быть реализован с использованием однородных и неодн... Разделение азеотропных смесей в комплексах, работающих под разным давл... Рис.1. Разделение азеотропных смесей в комплексах, работающих под разным давл...

Азеотропная ректификация

При азеотропной ректификации разделяющий агент образует с каким-либо к... Во всех случаях один из компонентов разделяемой смеси в колонне азеотр... Наиболее сложным и энергоемким в схемах азеотропной ректификации являе... Последний после конденсации образует два жидких слоя с разными соотнош... Расслаивание и декантацию гетероазеотропной смеси осуществляют во флор...

Разделение азеотропных смесей методом экстрактивной ректификации

Если необходимо разделить на достаточно чистые компоненты труднораздел... Разделение азеотропных смесей методом экстрактивной ректификации. Наиболее часто на практике для преодоления теродинамико-топологических...

Выбор разделяющего агента

Такой процесс называется азеотропно-экстрактивной ректификацией. К первой группе схем относятся схемы с применением ЭА в первой колонне... Ко второй группе схем относятся структуры, в которых первоначально про... Разделение смеси АВС методом экстрактивной ректификации а, в - с приме... Схемы экстрактивной ректификации трехкомпонентной смеси при выделении ...

Применение экстрактивной ректификации для разделения промышленных смесей

бутана. Температуры кипения разделяемых веществ Углеводороды Температура кипен... Этот дистиллат подается в колонну 2 для отгонки углеводородов С3. Эту смесь подают в отгонную колонну 5, в которой отгоняются бутилены, ... По данным заводских балансов, из этого количества 60 приходится на пол...

Процесс удаления примесей из олефинов

Верхний продукт колонны содержит 0,95 воды и 0,81 окисленных углеводор... В данной работе предлагается способ очистки олефинов от примесей, особ... воды, спирта или нечто подобное. Этот поток содержит 0,14 воды и менее 1 ppm окисленных углеводородов, ... и с температурой 135,33оС направляется в колонну экстрактивной ректифи...

О критериях оптимизации технологических схем

О критериях оптимизации технологических схем. Под оптимизацией понимают деятельность научных, проектных и производст... для всей системы. Выбранный критерий должен соответствовать некоторым требованиям 11 1. он должен характеризовать эффективность процесса с точки зрения конечн...

Модель Вильсона

Для каждой бинарной пары необходимы два параметра Uij и Uji, которые и... Избыточная энергия Гиббса и соответственно логарифм коэффициента актив... Модель NRTL 18,19 Уравнение NRTL non-random two-liquid - неслучайное д... Основная идея ее состоит в том, что из-за разницы в межмолекулярных вз... Стандартным состоянием как для жидкости, так и для пара является идеал...

Модель SRK

Модель SRK. В 1972 г. Уравнение состояния Соав-Редлих-Квонга - это модификация уравнения сос... Соав заменил член более общей температурной зависимостью а Т . Выражение получило следующий вид где критические температура и давлени...

Модель Peng-Robinson

Модель Peng-Robinson. Уравнение состояния Пенга-Робинсона было опубликовано в 1976 году и яв... Наибольшее распространение получила модель UNIFAC. Предполагается, что взаимодействия между двумя молекулами являются фун... Данные межгруппового взаимодействия получаются путем обработки экспери...

Материальный баланс процесса экстрактивной ректификации

12 Это уравнение выражает зависимость между концентрациями любого комп... где - приведенное флегмовое число исчерпывающей части колонны для экст... В этом случае концентрация РА в укрепляющей части больше, чем в исчерп... Наивысшую температуру кипения имеет кубовая жидкость с максимальной в ... Затем на ближайших к кубу тарелках температура резко понижается и дале...

Расчетно-экспериментальная часть

Расчетно-экспериментальная часть

Программный комплекс PRO II

В программе совместно с термодинамическими методами могут также быть и... Последние включают в себя вязкости паров и жидкости, теплопроводности ... Транспортные свойства находят применение в строгих расчетах теплоперед... Данная программа предназначена для проектно-поверочного расчета и пове... Программный комплекс PRO II.

Требования к аппаратным средствам

Требования к аппаратным средствам Для работы программы PRO II требуется IBM совместимый компьютер с процессором 80386 и выше, имеющий 4 и более мегабайта оперативной памяти. Операционная система MS Windows версия 3.1, Windows-95 или более поздняя версия.

Выходные данные программы

Отчет по колонне включает в себя суммарные данные по колонне. тарелок и или К.П.Д. Суммарные данные по колонне содержат температуры, давления, расходы, т... По умолчанию расходы выводятся в мольных единицах. тарелок для отдельных компонентов, диаграмма температур, давлений, мол...

Выбор исходной смеси и экстрактивного агента

Выбор исходной смеси и экстрактивного агента. В качестве объекта исследования была выбрана четырехкомпонентная смесь... 80,10 80,75 39,99 - 51,1 мол гом 80,09 80,74 48,3 287 49,3 мол гом 80,... 6 . 6.

Тепловой баланс процесса экстрактивной ректификации

Величина кубового потока также определяется из материального баланса и... Температура подачи в колонну ЭА оказывает неоднозначное влияние на вел... Таким образом, основными параметрами, определяющими энергоемкость трад... Тепловой баланс процесса экстрактивной ректификации. Следовательно, теплосодержание верхнего продукта QD есть величина прак...

Выбор адекватной модели ПЖР

Выбор адекватной модели ПЖР. 4. В качестве критерия сравнения для статистической обработки результатов... Результаты моделирования парожидкостного равновесия бинарных составляю... Исходя из этого, примем для дальнейшего описания фазового равновесия с...

Определение оптимальных рабочих параметров экстрактивной ректификации по схеме с использованием разделяющего агента в первой колонне

7. Технологическая схема ЭР с применением ЭА в первой колонне Технологиче... Изменение энергозатрат в зависимости от температуры подачи экстрактивн... В общем, уменьшение расхода разделяющего агента со 100 до 50 моль час ... Результаты представлены в табл.

Определение оптимальных рабочих параметров экстрактивной ректификации по схеме с использованием разделяющего агента во второй колонне

Принципиальная схема разделения четырехкомпонентной азеотропной смеси ... Рассматриваемая технологическая схема относится ко второй группе схем ... Таблица 10. Это связано с тем, что при более высокой температуре возрастает концен... Рассмотрим изменение энергозатрат на разделение от положения тарелки п...

Сравнение результатов

Выделение зеотропной составляющей на первом этапе значительно облегчае... Рассмотрим структуру энергозатрат более подробно рис 13 . Для схемы с предварительным фракционированием максимальные энергозатра... Температурные профили а, б и скорости потоков пара и жидкости в, г для... Для схемы с использованием ЭА в первой колонне -температура подачи ЭА ...

Список литературы

Список литературы 1. Серафимов Л.А. Технология разделения азеотропных смесей дополнительная глава в кн. Свентославский В. Азеотропия и полиазеотропия М. Химия , 1968, 186 с. 2. Жаров В.Т Серафимов Л.А. Физико-химические основы дистилляции и ректификации М Химия , 1975, 240 с. 3. Серафимов Л.А Фролкова А.К. Фундаментальный принцип перераспределения полей концентраций между областями ректификации как основа создания технологических комплексов Теор. осн. хим. технологии т.31, 2, 1997, с.184-193. 4. Гришунин А.В Балашов М.И Серафимов Л.А. Синтез комплексов ректификационных колонн для разделения трехкомпонентных азеотропных смесей с использованием принципов переходимости разделяющих многообразий Разделение жидких неидеальных смесей, труды Алтайского политехнического института, Барнаул, 1974, с.45-49. 5. Петлюк Ф.Б Серафимов Л. А. Многокомпонентная ректификация, теория и расчет М Химия, 1983, 304 с. 6. Тимошенко А.В Серафимов Л.А Синтез технологических схем ректификации многокомпонентных смесей с одним бинарным азеотропом Теор. осн. хим. технологии 1999, т.33, 1, с.47-53. 7. Тимошенко А.В. Серафимов Л.А. Синтез и дискриминация технологических схем ректификационного разделения с использованием критерия энергозатрат В сб. Наукоемкие химические технологии III международная конференция, Тверь, 1995, с. 65 8. Тимошенко А.В Серафимов Л.А Тимофеев В.С Глушаченкова Е.А. Синтез и анализ технологических схем для разделения трехкомпонентных азеотропных смесей в сб. Наукоемкие химические технологии , IV международная конференция, Волгоград, 1996, с.84 9. Гельперин И.Н, Новикова К.Е. Журнал прикладной химии - 1961. Т 34 9 С 11-16. 10. Айнштейн В.Г Захаров М.К Носов Г.А Захаренко В.В Зиновкина Т.В Таран А.Л Костаян А.Е. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии т.2 Москва Логос Высшая школа 209023 г. 1758с. 11. Тимофеев В.С Серафимов Л.А Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза , Москва Высшая школа 2003 г, 536 с 12. Коган В.Б. Азеотропная и экстрактивная ректификация Издательство Химия Ленинградское отделение 1971 г, 432 с 13. Фролкова А.К. Теоретические основы разделения многокомпонентных многофазных систем с использованием функциональных комплексов - Дисс. на соискание ученой степени д.т.н Москва, МИТХТ, 2000. 14. Hendriksen, Dan E. Phillipsburg, NJ Cheng, Minquan Evansville, IN Kuechler, Keith H. Friendswood, TX Lumgair, David R. Craddockville, VA Nicoletti, Michael P. Houston, TX Shutt, Richard Tervuren, BE , ExxonMobil Chemical Company ,US, Serial No. 943695, August 31, 2001 15. Holmes, M. H. and van Winkle, M 1970, Wilson Equation Used to Predict Vapor Compositions, Ind. Eng. Chem 62 1 , 2231. 16. Orye, R. V. and Prausnitz, J. M 1965, Multicomponent Equilibria with the Wilson Equation, Ind. Eng. Chem 57 5 , 1826. 17. Wilson, G. M 1964, VaporLiquid Equilibrium XI. A New Expression for the Excess Free Energy of Mixing, J. Amer. Chem. Soc 86, 127. 18. Renon, H. and Prausnitz, J. M 1968, Local Composition in Thermodynamic Excess Functions for Liquid Mixtures, AIChE J 14, 135144. 19. Harris, R. E 1972, Chem. Eng. Prog 68 10 , 57. 20. Abrams, D. S. and Prausnitz, J. M 1975, Statistical Thermodynamics of Mixtures A New Expression for the Excess Gibbs Free Energy of Partly or Completely Miscible Systems, AIChE J 21, 116-128. 21. Anderson, T. F. and Prausnitz, J. M 1978, Application of the UNIQUAC Equation to Calculation of Multicomponent Phase Equilibria. 2. LiquidLiquid Equilibria, Ind. Eng. Chem. Proc. Des. Dev 17, 561-567. 22. Maurer, G. and Prausnitz, J. M 1978, On the Derivation and Extension of the UNIQUAC Equation, Fluid Phase Equilibria, 2, 91-99. 23. Abbott, M. M 1973, Cubic Equations of State, AIChE J 19 3 , 596-601. 24. Peng, D. Y and Robinson, D. B 1976, A New Two-constant Equation of State for Fluids and Fluid Mixtures, Ind. Eng. Chem. Fundam 15, 58-64. 25. Skjold-Jшrgensen, S Kolbe, B Groehling, J and Rasmussen, P 1979, VaporLiquid Equilibria by UNIFAC Group Contribution.

Revision and Extension, Ind. Eng. Chem. Proc. Des. Dev 18 4 , 714-722. 26. Gmehling, J Rasmussen, P and Fredenslund, Aa 1983, Vapor-Liquid Equilibria by UNIFAC Group Contribution.

Revision and Extension, Ind. Eng. Chem. Proc. Des. Dev 22 10 , 676-678. 27. Hansen, H.K Rasmussen, P Fredenslund, Aa Schiller, M and Gmehling, J 1991, VaporLiquid Equilibria by UNIFAC Group Contribution. 5. Revision and Extension, Ind. Eng. Chem. Res 30 10 , 2352-2355. 28. Огородников С.К Лестова Т.М Коган В. Б. Справ. Азеотропные смеси Изд. Химия 1971г. 848с.