Энергосбережение в процессах ректификации на примере разделения бутиловых спиртов

• Автор: Семенов, Иван Александрович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Ангарск
• Количество страниц: 150 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1. Литературный обзор

1.1. Оптимальные режимы и условия работы ректификационных колонн

1.1.1. Оптимальное флегмовое число

1.1.2. Оптимальные давление и температура колонны

1.1.3. Установка дополнительных или более эффективных контактных устройств

1.2. Энергосберегающие схемы ректификации

1.2.1. Возможности рекуперации тепла на простой ректификационной колонне

1.2.2. Каскад ректификационных колонн

1.2.3. Разделенная колонна

1.2.4. Многоколонные ректификационные установки
1.2.5. Схемы с паровой рекомпрессией. Тепловые насосы
1.2.6. Схемы с обратимым смешением потоков
1.2.7. Схемы со ступенчатым испарением сырья
1.3. Тепловой анализ установок ректификации
1.3.1. Расчет тепловых потоков и тепловые балансы
1.3.2. Использование теплоты конденсации пара дистиллята
1.4. Эксергетический анализ установок ректификации
1.4.1. Виды эксергий и их выражения
1.4.2. Потери эксергии и эксергетический анализ систем
1.4.3. Эксергетический анализ установки с тепловым насосом
1.5. Термоэкономический анализ
1.6. Парожидкостное равновесие и расчет ректификации многокомпонентных смесей
1.7. Постановка задачи исследования
2. Тепловой анализ установки ректификации бутиловых спиртов
3. Анализ работы теплового насоса на ректификационной колонне К6
3.1. Анализ работы теплового насоса
3.2.Расчет температуры конденсации пара
3.3. Расчет теплоты конденсации пара ибутанола
3.4. Расчет энтальпии пара и жидкости и построение диаграммы Р
3.5. Температура пара изобутанола на выходе из компрессора
3.6. Расчет теплоемкости пара ибутанола
3.7. Расчет энтальпии перегретого пара
3.8. Построение циклов теплового насоса на диаграммах,
3.9. Анализ циклов работы теплового насоса
3 Расчет поверхности испарителей при разных степенях сжатия пара в компрессоре
3 Термоэкономический анализ узла теплового насоса
3 Тепловой насос с жидкостнокольцевым компрессором
4. Исключение из схемы установки ректификации бутиловых спиртов колонны К4
4.1. Анализ узла ректификационных колонн К3 К4
4.2. Описание лабораторной установки
4.3. Методика проведения экспериментов
4.4. Анализ проб
4.5. Обработка экспериментальных данных
4.6. Расчет режима работы колонны К3
4.7. Расчет диапазона устойчивой работы тарелок колонны К3
4.8. Выбор вакуумнасоса для поддержания разрежения в колонне К3
4.9. Расчет расхода охлаждающей воды в колонне К3
Основные результаты и выводы
Список литературы


Следует также отметить, что, несмотря на совместное использование испарителя для подвода тепла к кубу колонны и конденсации пара предыдущей колонны, в данной схеме потребуется установка дополнительных испарителей и конденсаторов для управления процессом. Данный способ энергосбережения целесообразно использовать при малой разности температур между верхом и низом колонн. Если требуемой разности температур достичь не удается, то может быть выгодно конденсировать пар верха первой колонны в промежуточном испарителе последующей [4, ]. При разделении смесей редко применяют ректификационные колонны с получением двух товарных продуктов сверху и снизу одной колонны одновременно. В большинстве случаев для получения каждого продукта используются отдельные колонны [, ]. Применение многоколонной схемы ректификации может дать в ряде случаев выигрыш в энергии, так как, из-за меньшего диапазона изменения концентраций в каждой колонне потребуется меньшие затраты тепла []. После отгонки товарного продукта в виде кубового остатка, поток дистиллята из первой колонны подается во вторую. Во второй колонне происходит отделение второго товарного продукта. После отгонки товарного продукта в виде дистиллята поток кубового остатка первой колонны подается во вторую. Во второй колонне второй продукт также отгоняется в виде дистиллята, а образующийся кубовый остаток идет на смешение с питанием первой колонны. При разделении многокомпонентных смесей таких вариантов больше, поскольку из каадой предыдущей колонны в последующую может подаваться как поток дистиллята, так и кубового остатка []. Главным недостатком этих схем является наличие рецикла, который может свести на нет все энергосберегающие преимущества по сравнению с одноколонной схемой [, ]. В [] приводятся альтернативные схемы потоков, которые не имеют рециклов, а один из конечных продуктов получают путем смешения кубовых остатков или дистиллятов обоих. При этом работа колонн должна быть организованна таким образом, что смешивающиеся потоки имели одинаковый состав. Суммарные энергетические затраты подобных схем ниже, чем схем с рециклами или с получением обоих продуктов на одной колонне. Однако данные схемы рекомендуется использовать лишь в тех случаях, когда для одного из получаемых продуктов не требуется четкое разделение []. Схемы с паровой рекомпрессией. Местом подвода огромного количества тепла в ректификационной колонне является испаритель. Конденсатор является основным источником тепла. Однако, из-за разности температурных уровней между верхом и низом колонны, непосредственно использовать тепло конденсатора для нагрева испарителя этой же колонны невозможно. Для обогрева испарителя конденсирующимся паром с верха колонны используют схемы с паровой рекомпрессией или тепловыми насосами [6,4, , ,]. Пар с верха колонны компремируется. При этом его температура повышается до температуры превышающей температуру кипения кубовой жидкости. Далее он конденсируется в испарителе, генерируя необходимый поток пара в колонне. Полученный конденсат дросселируется до давления верха колонны. Часть конденсата возвращается в колонну в виде флегмы, а другая часть отбирается в виде дистиллята. Кубовая жидкость дросселируется. При этом ее температура становится ниже температуры конденсации пара, выходящего из верха колонны. Она кипит за счет тепла конденсации пара. Полученный пар компремируется и возвращается в куб колонны. В обоих случаях требуется изменение температурного уровня одного из теплоносителей на величину достаточную для обеспечения теплообмена между паром верха колонны и кубовой жидкостью. Принципиальная схема ректификации с рекомпрессией пара представлена на рис. Пар, выходящий с верха колонны К-1, сжимается компрессором КП-1. При этом его температура повышается. Сжатый пар идет на обогрев испарителя Р-2. Полученный в испарителе Р-2 конденсат проходит через дроссель Др-1 и поступает в емкость Е-1. Часть жидкость из емкости Е-1 направляется в качестве флегмы на орошение колонны, а другая часть отбирается в виде дистиллята. Пар, образующийся в результате дросселирования конденсата, отделяется от жидкости в емкости Е-1 и направляется на повторное компремирование [6,4, , , , ].