Моделирование фазового равновесия в системе Ректификация С4–С5 фракции парафиновых углеводородов
Введение.
Технологические схемы разделения широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ), газов крекинга и пиролиза представляют собой многоколонные установки, часто имеющие не только прямые, но и обратные материальные связи между колоннами. Мощность единичных установок по сырью достигает 750-1000 тыс. тонн в год. Процессы разделения многокомпонентных смесей органических продуктов являются одними из самых сложных и энергоемких в химической и нефтехимической промышленности. Ректификация является одним из наиболее распространенных методов разделения, однако характеризуется низким коэффициентом полезного действия и высокими удельными затратами энергии. Все это делает актуальной задачу снижения их энергопотребления, поскольку даже незначительное снижение энергозатрат может оказать положительный эффект на экономику производства в целом. Помимо необходимости повышения энергоэффективности отдельных аппаратов и установок одной из основных задач в химической технологии является синтез оптимальной технологической схемы в целом. В полной мере это относится и к подсистеме разделения, которая, в большинстве производств органического синтеза, представляет некоторую последовательность ректификационных колонн, связанных прямыми и обратными материальными потоками. Необходимость процедуры оптимизации схемы ректификации определяется термодинамически необратимым характером процесса, что приводит к зависимости затрат энергии и производства энтропии от пути его проведения. Все это в полной мере относится к подсистеме выделения и разделения С4-С5 легких углеводородов, которая и рассмотрена в данной работе.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 Литературный обзор………………………………………………………..5
1.1 Газофракционирование………………………………………………….5
1.2 Технология процесса…………………………………………………..7
1.3 Применение компонентов C4-C5 фракции …………………………….12
2 Постановка задачи……………………………………………………….15
3 Расчетная часть………………………………………………………….16
3.1 Моделирование фазового равновесия………………… …………...17
3.2 Синтез технологических схем разделения С4-С5 фракции………….19
3.3 Оптимизация схемы №1………………………………………………20
3.4 Оптимизация схемы №2……………………………………………….28
3.5 Оптимизация схемы №3………………………………………………36
3.6 Оптимизация схемы №4……………………………………………43
3.7 Оптимизация схемы №5…………………………………………………50
3.8 Определение капитальных затрат………………………………………57
4 Обсуждение результатов………………………………………………..58
5 Экономическая часть…………………………………………………….59
Выводы………………………………………………………………………..65
Список литературы………………………………………………………….66
Список литературы
1. Александров И.А. Перегонка и ректификация в нефтепереработке. М., Химия, 1981, 352 с.
2. Вольфсон И.С., Э.Ш.Теляков, Сравнительный анализ схем газоразделения на НПЗ // Химия и технология топлив и масел. - 1978, №1, с.7-10.
3. Тимошенко А.В., Серафимов Л.А., Паткина О.Д. Оптимальные по энергозатратам схемы ректификации смесей бензола и алкилбензолов // Хим. пром., 1998, №4, с. 41–44
4. В.Н. Эрих и др. Химия и технология нефти и газа. // Л:Химия, 1972, с.112, 128, 133.
5. Львов С.В. Некоторые вопросы ректификации бинарных и многокомпонентных смесей.М.: Изд. АН СССР, 1960,163с.
6. Санитарные правила и нормы СанПиН 2.3.2.560-96 "Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов"
7. Литвинова Г.Ж., Ошеров С.Б., Вогман А.П. и др. Свойства вредных и опасных веществ, Обращающихся в нефтегазовом комплексе ,2005,358с.
8. Крамаренко, В. Ф. Токсикологическая химия / В. Ф. Крамаренко. – К. :Вищашк., 1995. – 423 с.)
9. Химия галогенов : учеб. пособие / Д. М. Иванов, М. Г. Иванов. – Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2014. – 84 с.
10. Зуев В.В., Успенская М.В., Олехнович А.О. Физика и химия полимеров.СПбГУ ИТМО, 2010. − 45 с.
11. Платэ Н.А., Сливинский Е.В. Основы химии и технологии мономеров. МАИК Наука/Интерпериодика, 2002. — 696 с.
12. Рахманкулов Д.Л., Долматов Л.В., Ольков П.Л., Аглиуллин А.X. Товароведение нефтяных продуктов . Химия, 2003. — 160 с
13. Z. Olujic, L. Sun, A. de Rijke, P.J. Jansens, Conceptual design of an internally heat integratedpropylene-propane splitter, Energy 31 (2006) 3083–3096
14. Тимошенко А.В., Серафимов Л.А. Стратегия синтеза полного множества схем ректификации зеотропных смесей//Химическая технология, 2001, №6, сс.36-43
15. Платонов В.М., Берго Б.Г. Разделение многокомпонентных смесей. М: Изд-во «Химия», 1965, 368 с.
Задача создания оптимальных схем разделения продуктов основного органического и нефтехимического синтеза является наиболее сложной. Сложность этой задачи обусловлена, прежде всего, поливариантностью выбора структуры технологической схемы. Если рассматривать только ректификационное разделение на чистые компоненты гомогенных зеотропных смесей, то число вариантов технологических схем может быть выражено следующим соотношением, предложенным С. В. Львовым. Поскольку объектом исследования является четырехкомпонентная система, состоящая из н-Бутана, Изобутана, н-Пентана, Изопентана, используя приведенное выше соотношением, нами было определено, что возможно 5 схем разделения, в каждой из которых 3 ректификационные колонны. В таблице 3.2.1 приведены характеристики исходного состава а также некоторые свойства. Видно, что самым легкокипящим является Изобутан, а самым тяжелокипящим н-Пентан, исходя из этого можно синтезировать различные схемы разделения, варьируя продуктовые потоки .