Моделирование процесса ректификации метиламинов с учетом неэквимолярности массообмена

• Автор: Дубровский, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Ангарск
• Количество страниц: 183 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ НАПРАВЛЕНИЙ В ОБЛАСТИ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ И ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ ПРОЦЕССА РЕКТИФИКАЦИИ
1.1 Технология производства метиламинов
Свойства метиламинов
Синтез метиламинов
1.2 Энергосбережение в процессах ректификации
1.3 Фазовое равновесие в многокомпонентных системах пар-жидкость
Равновесная зависимость между составом пара и жидкости
Модели коэффициентов активности компонентов
1.4 Гидравлические характеристики и эффективность тарелок ректификационных колонн
1.5 Выводы и постановка задачи исследования
2. РАВНОВЕСИЕ ПАР-ЖИДКОСТЬ СМЕСИ МЕТИЛАМИНОВ
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕКТИФИКАЦИИ С УЧЕТОМ НЕЭКВИМОЛЯРНОСТИ МАССООБМЕНА
3.1 Уравнение массоотдачи, учитывающее неэквимолярность процесса массопереноса
3.2 Расчет суммарного потока компонентов и оценка коэффициента неэквимолярности
3.3 Влияние суммарного потока компонентов на коэффициенты тепло-и массоотдачи
3.4 Число единиц переноса и эффективность тарелок с учетом неэквимолярности процесса массообмена
3.5 Расчет массопереноса на контактной тарелке
3.6 Моделирование колонны К-1 с учетом неэквимолярности массообмена
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ УСТАНОВКИ ПРОИЗВОДСТВА МЕТИЛАМИНОВ. СНИЖЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЗАТРАТ
4.1 Повышение эффективности контактных тарелок и изменение точек ввода питания в колонны
4.2 Использование тепла реакционной смеси с выбором оптимальных тарелок питания сырьевых потоков
4.3 Выбор оптимальных параметров режима производства метиламинов
в условиях изменчивой конъюнктуры рынка
4.4 Стадия ректификации с учетом предложенных мероприятий.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследований
Химическая промышленность - важная отрасль экономики, включающая в себя множество видов крупнотоннажных производств. Она относится к одному из крупнейших потребителей энергоресурсов. Затраты энергий в данной области определяются не только мощностями по выработки продукции, но и совершенством и эффективностью оборудования производства.
Из всех процессов различных химических технологий молено выделить ректификацию, как один из наиболее энергоемких процессов. Во многих случаях ректификационные колонны используются для первичного фракционирования и подготовки сырья к дальнейшей переработке, для разделения продуктов синтеза и т.п. Так в производстве метиламинов, действующего на базе ОАО «Ангарская нефтехимическая компания» (АНХК), основную долю себестоимости товарных продуктов составляют затраты энергии на проведение процесса их разделения. Установка эксплуатируется с 1960 г. и за прошедшие десятилетия не подвергалась реконструкциям. Низкая рентабельность установки в сравнении с зарубежными конкурентами, постоянно изменяющиеся потребности рынка в товарных аминах требуют критически оценить работу оборудования и искать пути повышения его эффективности.
Оптимизации и совершенствованию работы действующих установок ректификации должно предшествовать комплексное математическое моделирование процесса. Однако во многих случаях такой расчет усложнен необходимостью одновременной строгой оценки неидеальности фазового равновесия и кинетических закономерностей для многокомпонентных смесей. Часто такая проблема решается введением различных упрощений, которые в подавляющем большинстве случаев относятся к оценкам эффективности и скорости процессов тепло- и массопереноса на контактных устройствах. При этом многие подходы к моделированию работы действующих ректификационных колонн в большинстве случаев существенно упрощают или полностью не учитывают специфику работы установленных контактных устройств в конкретных условиях работы оборудования. Это, в ряде случаев, может существенно уменьшить точность выполненных расчетов и снизить их практическую ценность. В этой связи поиск путей и подходов к более точному расчету фазового равновесия и кинетики разделения многокомпонентных сме-

тарелок приводит к низкой эффективности разделения смесей. В результате чего желобчатые тарелки не могут быть рекомендованы для современных производств [96]. По этой же причине в литературе практически отсутствуют данные по гидравлике и массообмену на желобчатых тарелках. Наиболее близкими по конструкции к желобчатым тарелкам являются тарелки колпачковые и клапанные. Поэтому они и будут, в основном, рассмотрены в настоящем разделе.
Важнейшей характеристикой тарелки является её эффективность по Мэрфри, которая представляет собой отношение фактического изменения концентрации пара на тарелке к изменению концентрации при достижении равновесия его с жидкостью, покидающей тарелку:
£«,=4^, (1 24)
У -У,
где у, у у* — концентрация пара на входе в тарелку, на выходе из неё и равновесная концентрация, соответственно.
Кроме эффективности тарелки по Мэрфри в расчётах используют также локальную эффективность контакта Е0, относящуюся к элементарному участку тарелки, на котором можно допустить полное перемешивание жидкости. Локальная эффективность непосредственно связана с коэффициентами массоотдачи в паре Д. и в жидкости Д , а также с числами единиц переноса Д. и , которые наряду с коэффициентами массоотдачи включают в себя скорость движения пара и’0 и жидкости иу , а также величину удельной поверхности контакта фаз А:
/ус=^; = &Л (1?5)

Частные числа единиц переноса позволяют рассчитать общее число единиц переноса Дх, и локальную эффективность контакта:
N00 = ; Еоа=1-е-"-, (1.26)
Н1+т^Ма
где т - константа фазового равновесия пар-жидкость; Ь и О - расходы жидкости и пара, соответственно.