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.
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.
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.
| Компоненты | Поток питания | Бензол | Хлорбензол | Дихлорбензол |
| Бензол | 0,7258 | 0,9965 | 0,0015 | 0,0 |
| Хлорбензол | 0,2652 | 0,0035 | 0,9985 | 0,026 |
| Метадихлорбензол | 0,009 | 0,0 | 0,0 | 0,974 |
Индивидуальные свойства компонентов представлены в таблице 6.3.2.
|
|
|
Физико-химические свойства чистых компонентов
Таблица 6.3.2.
| Ткип, ◦С | Плотность, кг/м3 | Молекулярная масса, г/моль | |
| Бензол | 80,09 | 883,92 | 78,11 |
| Хлорбензол | 131,68 | 387,0 | 112.56 |
| М-Дихлорбензол | 172,81 | 1288,1 | 147,004 |
Коэффициенты уравнения Антуана.
Таблица 6.3.3.
| А | В | С | |
| Бензол | 15,9008 | 2788,51 | -52,36 |
| Хлорбензол | 16,0676 | 3295,12 | -55,6 |
| М-Дихлорбензол | 16,8173 | 4104,12 | -43,15 |
Самый легколетучий компонент в исследуемой смеси - бензол, который является родоначальником углеводородов ароматического ряда. Химические свойства пределяются наличием в молекуле стабильной замкнутой системы 
-электронов. Для бензола характерна устойчивость к действию высоких температур и окислителей. Лишь выше 650 0С он частично превращается в дифенил, выше 750 0С разлагается на углерод и водород
Основное области применения бензола ( более 80 %) – производство этилбензола, кумола, циклогексана. Остальное количество бензола –для получения анилина, малеинового ангидрида, как компонент моторного топлива для повышения октанового числа , как растворители и экстрагент в производстве лаков, красок ,ПАВ и др.
Хлорбензол- бесцветная жидкость с характерным запахом. Хорошо растворим в органических растворителях, растворимость в воде 0,049% по массе (30 0С), образует азеотропную смесь с водой.
|
|
|
Дихлорбензол растворим а этаноле и диэтиловом эфире. П-дихлорбензол так же растворим в бензоле, хлороформе и хлоре. При хлорировании в присутствии FeCl3 дихлорбензол превращается в 1,2,4-трихлорбензол (из орто-дихлорбензола образуется также небольшое количество 1,2,3-трихлорбензола).Дальнейшее хлорирование дает Петро-, пента и гексахлорбензолы
В промышленности о-дихлорбензол и п-дихлорбензол выделяют из смеси полихлоридов бензолов, образующихся как побочные продукты в производстве хлорбензола. После отгонки основного количества хлорбензола темную жидкость, содержащую 3-4 % хлорбензола 55-60 % п-дихлорбензола, 35-38 % о-дихлорбензола, примеси трихлорбензолов и смолообразных веществ; осветляют дистилляцией (130 0С,20 кПа),подвергают кристаллизации(0-5 0С) и центрифугированием отделяют п-дихлорбензол.
Выбор адекватной модели.
Систематическое исследование процессов ректификации требует выбора адекватной модели парожидкостного равновесия. В настоящей работе расчетный эксперимент поставлен на примере разделения многокомпонентной модельной смеси бензол - хлорбензол - метадихлорбензол.
Выбор модели описания парожидкостного взаимодействия для смесей бензол-хлорбензол производился на основании сопоставления экспериментальных и расчетных данных. Расчет парожидкостного равновесия проведен с использованием программного комплекса PRO/IL и её базы данных. На основании имеющегося опыта практического использования и общих рекомендаций по применению выбрано несколько моделей ПЖР, реализованных в программном комплексе:
I - NRTL, II - модель SRK, III – Wilson, IV – UNIQUAC, V – UNIFAC.
В качестве критерия сравнения для статистической обработки результатов было выбрано среднее относительное отклонение описания паровой фазы, δ.
(6.4.1.)
где N- количество экспериментальных точек фазового равновесия.
Экспериментальные данные по парожидкостному равновесию пары бензол – хлорбензол.
Таблица 6.4.1
| X мол.дол. | Y мол.дол. | t, °С | P, мм.рт.ст. |
| 5.3 | 17.4 | 126.4 |
760
|
| 10.4 | 31.1 | 121.8 | |
| 19.2 | 48.0 | 115.1 | |
| 29.5 | 62.8 | 108.2 | |
| 29.6 | 62.9 | 108.2 | |
| 39.9 | 73.1 | 102.7 | |
| 51.4 | 81.6 | 97.1 | |
| 59.1 | 86.0 | 93.9 | |
| 68.4 | 90.4 | 90.3 | |
| 70.3 | 91.2 | 89.5 | |
| 78.6 | 94.2 | 86.7 | |
| 80.4 | 95.0 | 86.1 | |
| 88.4 | 97.1 | 83.5 |
Результаты моделирования парожидкостного равновесия
Таблица 6.4.2.
|
Смесь | δ,% | ||||
| NRTL | UNIQUAC | Wilson | SRK | UNIFAC | |
| Бензол - хлорбензол | 2,21 | 0,665 | 0,649 | 1,48 | 0,627 |
Судя по среднему относительному отклонению от экспериментальных данных по парожидкостному равновесию, как видно в таблице 6.4.2., наиболее адекватно равновесие бинарной пары бензол-хлорбензол описывает модель UNIFAC . Данные для пар содержащихметадихлобензол в базе данных PROII есть только для модели UNIFAC, поэтому для дальнейших расчётов была принята модель UNIFAC.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 141; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!