Процессы экстракции метанола водой из смеси его с парафиновыми углеводородами

• Автор: Ситников, Денис Николаевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 142 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1 Термодинамическое описание идеальных и реальных жидких 6 смесей
1.2 Гидравлика и массопередача в распылительных колоннах
1.3 Влияние акустических воздействий на процессы массообмена при экстракции
Выводы из литературного обзора и постановка задач исследования
ГЛАВА 2 ВЗАИМНАЯ РАСТВОРИМОСТЬ И РАВНОВЕСИЕ
В СИСТЕМАХ МЕТАНОЛ-ВОДА-УГЛЕВОДОРОД
2.1 Равновесие жидкость-жидкость в бинарных смесях
2.2 Взаимная растворимость бинарных смесей вода-углеводород
2.3 Взаимная растворимость бинарных смесей метанол-углеводород
2.4 Взаимная растворимость компонентов в тройных смесях
2.5 Равновесие в тройных системах метанол-вода-углеводород 59 ГЛАВА 3 ГИДРОДИНАМИКА И МАССОПЕРЕДАЧА
ЕДИНИЧНЫХ КАПЕЛЬ
3.1 Гидродинамика единичных капель
Описание экспериментальной установки
Порядок проведения эксперимента
Использованные системы и их характеристика
Исследование размера капель
Скорость свободного движения капель
3.2 Массопередача единичных капель
3.3 Влияние ультразвука на экстракцию метанола водой из смеси его
с н-гексаном
ГЛАВА 4 АНАЛИЗ И ОПТИМИЗАЦИЯ РАБОТЫ УСТАНОВКИ
ПРОИЗВОДСТВА МЕТИЛ-ТРЕТ-БУТИЛОВОГО ЭФИРА В ОАО “АНГАРСКАЯ НЕФТЕХИМИЧЕСКАЯ КОМПАНИЯ”
4.1 Описание схемы производства МТБЭ в ОАО “Ангарская нефтехимическая компания”
4.2 Источники потерь метанола в производстве МТБЭ и пути их устранения
4.3 Программа поверочного расчета распылительной колонны экстракции
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследований. Системы, состоящие из метанола, парафиновых углеводородов и воды имеют важное практическое значение. Эти системы образуются, например, при синтезе метил-трет-бутилового эфира, который является одним из востребованных продуктов нефтепереработки и нефтехимии. Он используется в качестве добавки к бензинам, повышающей октановое число. В Ангарской нефтехимической компании предусматривается увеличение производства этого продукта с 6 тыс. тонн в год до 42 тыс. тонн в год. Указанные системы образуются также при выделении ал-канов путем азеотропной ректификации углеводородных смесей с метанолом.
Для определения условий разделения смесей метанола и парафиновых углеводородов необходимы данные о взаимной растворимости и равновесии в трехкомпонентных системах метанол-вода-углеводород, а также в бинарных системах, образующих многокомпонентные смеси.
Чтобы использовать экспериментальные данные в расчетах, они должны быть адекватно описаны с помощью соответствующих моделей. Поэтому получение новых данных о равновесии в системах метанол-вода-углеводород и их термодинамическое описание представляет собой актуальную задачу.
Элементарные акты массопередачи в системах жидкость-жидкость и в особенности процессы, протекающие в дисперсной фазе, в настоящее время изучены недостаточно, а между выводами различных исследователей имеются противоречия. Ещё в меньшей мере исследованы эти процессы при наложении физических воздействий. В частности, известно, что акустические колебания оказывают существенное влияние на процессы массообмена при экстракции. Однако сведений о механизме и закономерностях звуковой и ультразвуковой интенсификации процессов экстракции крайне недостаточно для расчета и реализации их в промышленной практике. Поэтому исследование процессов экстракции в условиях акустического воздействия является актуальным и представляет большой научный и практический интерес.
Данная работа выполнялась в соответствии с заданием Федерального агентства по образованию по теме “Исследование интенсификации тепло- и массообмена с помощью кавитации и акустических воздействий” (2006-2010 гг.).Номер государственной регистрации НИР: 0120.0603208.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является установление термодинамических и кинетических закономерностей процесса экстракции метанола из углеводородов парафинового ряда и интенсификация процесса в распылительных экстракционных колоннах.
Для достижения указанной цели решались следующие задачи:
1. Исследование взаимной растворимости и равновесия бинарных смесей метанола с н-гептаном, н-гексаном, н-пентаном и их термодинамическое описание;
2. Исследование взаимной растворимости и равновесия трехкомпонентных систем метанола, воды с углеводородами н-гептаном, н-гексаном, н-пентаном, н-бутаном и их термодинамическое описание;
3. Исследование кинетики экстракции метанола водой из смеси его с н-гексаном при свободном всплывании и акустических воздействиях;
4. Подтверждение установленных зависимостей в процессе анализа и интенсификации экстракции метанола из отработанной бутан-бутиленовой фракции производства метил-трет-бутилового эфира в условиях ОАО “Ангарская нефтехимическая компания”.
Объект исследования - Системы, состоящие из метанола, воды и углеводородов парафинового ряда.
Предмет исследования - Термодинамические и кинетические процессы, протекающие при экстракции метанола из углеводородов парафинового ряда.
Методы исследования. Для решения поставленных задач были изучены теоретические и экспериментальные работы отечественных и зарубежных исследователей в области взаимной растворимости компонентов жидких смесей и термодинамического описания фазовых равновесий, проведены эксперименты на лабораторных стендах с использованием хроматографических методов анализа, выполнено обследование промышленной установки экстракции метанола. На всех этапах работ применялись математические методы обработки результатов с использованием современной вычислительной техники и программных продуктов.
Научная новизна:
1. Установлено что зависимость параметров бинарного взаимодействия модели ИЯТЬ от температуры характеризуется эмпирическими коэффициентами уравнения регрессии. Предложены значения эмпирических коэффициентов уравнения регрессии, позволяющие, в зависимости от температуры, рассчитать параметры бинарного взаимодействия компонентов в сме-

Следовательно, наибольший эффект интенсификации диффузии можно ожидать при массовом резонансе. В сложной системе интервалу размеров неоднородностей должна соответствовать оптимальная резонансная полоса частот внешнего воздействия.
Применение ультразвука в процессе экстракции может, по-видимому, оказаться весьма эффективным. Это обусловлено тем, что при наложении акустического поля происходит как увеличение межфазной поверхности, вследствие измельчения капель, преобразования их формы и изменения состояния пограничных слоев между фазами, так и увеличение скорости мас-сопередачи через единицу межфазной поверхности за счет ускорения молекулярной диффузии, как результата ускорения движения молекул.
Выводы нз литературного обзора и постановка задач исследования
Как следует из литературного обзора, системы содержащие метанол, воду и парафиновые углеводороды достаточно широко распространены в химической технологии. Исследование закономерностей поведения таких систем, образующих гетерогенные смеси, представляет несомненный научный интерес. А надежный расчет процессов, протекающих с участием их систем имеет определенное практическое значение.
Чистые парафиновые углеводороды и вода имеют очень низкую взаимную растворимость. Растворимость воды и многих парафиновых углеводородов достаточно хорошо исследована. Эти данные содержатся в литературе [56]. Гораздо в меньшей мере исследована взаимная растворимость метанола с углеводородами парафинового ряда и практически отсутствует описание растворимости этих компонентов. В связи с этим одной из задач явилось исследование взаимной растворимости метанола с н-гептаном, н-гексаном, н-пентаном и н-бутаном и термодинамическое описание её с определением параметров бинарного взаимодействия.
Расчет процессов разделения тройных смесей возможен лишь при наличии сведения о взаимной растворимости компонентов и о равновесных составах расслаивающихся фаз. Такие данные могут быть получены путем проведения лабораторных исследований. Для описания равновесия во всей области сосуществующих фаз применяют различные модели такие, например, как модель Вильсона или Л7?7Х.
При переходе к трехкомпонентным смесям параметры бинарного взаимодействия, найденные при исследовании бинарных смесей, изменяются,