Дипломная работа: Разработка энергосберегающих технологий процесса ректификации продуктов синтеза хлорбензола

z – согласованное число для пространственной решетки, равное 10;

 – число функциональных групп типа k в молекуле i;

Rk – параметр объема для функциональной группы k;

Qk – параметр площади для функциональной группы k;

xi – мольная доля компонента i в жидкой фазе.

Параметры группового объема и площади определяются из атомной и молекулярной структуры:

          (4.8.4.)

где :  Vk, Ak = объем и площадь Ван дер Ваальса для группы k;

Остаточный член  определяется как:

          (4.8.5.)

где:   Гk = остаточный коэффициент активности группы k в смеси;

 = остаточный коэффициент активности группы k в стандартном растворе, содержащем только молекулы, состоящие из групп типа i.

Остаточный коэффициент активности определяется выражением:

  (4.8.6.)

где :  m, n = 1, 2, ..., NG.

Параметр τmn определяется как    

      (4.8.7.)

где :  amn – параметр бинарного взаимодействия для групп m и n.

Принимается, что параметр бинарного взаимодействия amn постоянен и не зависит от температуры.

5. Постановка задачи

Целью данной работы являлась структурная и параметрическая оптимизация технологической схемы разделения смеси бензол-хлорбензол-дихлорбензол для снижения энергозатрат на разделение.

Для достижения поставленной цели необходимо:

•  выбрать математическую модель парожидкостного равновесия, адекватно описывающую экспериментальные данные;

•  синтезировать схемы разделения;

•  произвести расчет ректификации и выбрать решение, обеспечивающее минимальные энергозатраты.

6.1. Методы и алгоритмы исследования

В настоящей работе для математического моделирования схем ректификации использован лицензионный программный комплекс PRO/II with PROVISION компании SIMSCI corp., обеспечивающий моделирование и расчет технологических схем ректификации.

PRO/II - компьютерный комплекс для инженерных расчетов процессов органического синтеза и нефтехимии, технологии полимеров и др. Он объединяет базы данных химических компонентов и расширенных методов расчета термодинамических свойств с гибкими методами расчета аппаратов. Программа обладает вычислительными средствами для выполнения расчетов всех материальных и энергетических балансов необходимых для моделирования большинства статических процессов. Экспертные системы, расширенная обработка входных данных и проверка ошибок обеспечивают его высокую эффективность и надежность.

6.2. Расчет ректификации

Все алгоритмы ректификации в программе PRO/П представляют собой строгие модели равновесных ступеней контакта. В каждой модели решаются тепловой и материальный балансы и уравнения равновесия жидкость - пар.

Программа PRO/II предлагает четыре различных алгоритма моделирования ректификационных колонн:

алгоритм Inside/Out (I/O),

алгоритм Sure,

алгоритм Chemdist и

алгоритм ELDIST.

Алгоритм I/O может быть использован для решения большинства задач нефтепереработки и обладает высоким быстродействием. В настоящей работе расчет колонн ректификации проводился по этому алгоритму.

Алгоритм подразделяется на внешний и внутренний циклы. Во внутреннем цикле решаются тепловой и материальный балансы и обеспечиваются заданные требования. Во внутреннем цикле используются методы, основанные на расчете коэффициентов активности на основе концепции группового вклада.На рис. 6.2.1. показана схематическая диаграмма простой ступени контакта.

Рис. 6.2.1.. Схема простой ступени контакта алгоритма I/O.

Тепловой баланс для ступени контакта j выглядит следующим образом:

                                                                                                        (6.2.1)

где:        V— расход пара, покидающего ступень контакта;

где:        V— расход пара, покидающего ступень контакта;

L - расход жидкости, покидающей ступень контакта;

Ls — жидкостной боковой погон;

Vs - паровой боковой погон;

Материальный баланс по компоненту для данной ступени контакта через расходы жидкости и паров при следующей зависимости для равновесных составов обеих фаз:

где К представляет собой соотношение равновесной фугитивности пар - жидкость, может быть записан как:

(6.2.2.)

где: - расход жидкого компонента;

v - расход парового компонента;

f- расход компонента сырья.

6.3. Объект исследования

В качестве побочных продуктов при синтезе хлорбензола получаются дихлорбензолы и трихлорбензолы. Общее содержание побочных продуктов в потоке приблизительно равно 1,5% масс. Так как в этой работе не ставилась задача получения всех побочных продуктов в качестве отдельных продуктовых потоков в рассматриваемой нами смеси все побочные продукты были заменены на самый легкокипящий из них – метадихлорбензол. Далее смесь продуктов синтеза хлорбензола будет рассматриваться как трёхкомпонентная зеотропная смесь: бензол - хлорбензол - метадихлорбензол. В качестве технических требований к готовым продуктам приняты требования по ГОСТ 646-73 для хлорбензола и по ОСТ 6-01-392-74 для дихлорбензола. Качество продуктов в мольных долях соответствующее стандартам приведено в таблице 6.3.1.

Составы потоков в мольных долях.

Таблица 6.3.1.

Индивидуальные свойства компонентов представлены в таблице 6.3.2.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12