Modeling the process of periodical rectification of light hydrocarbons

Full Text

В данной работе рассмотрено получение фракции нефрас П1-55/61 из фракции 55-68 [1, 2]. Этот процесс осложнялся тем, что целевая фракция должна была быть очищена от бензола до уровня 10 ppm. Одним из возможных способов получения целевой фракции является процесс периодической ректификации. В данном процессе используется только одна ректификационная колонна, а продукты разделяются по времени выкипания. Технологическая схема представлена на рис. 1. Исходным сырьем установки является бензиновая фракция 55-68 оС, компонентный состав которой представлен в табл. 1. В работе рассмотрены два варианта проведения периодического процесса: - вариант 1 - однократная периодическая ректификация; - вариант 2 - двукратная периодическая ректификация. Рассмотрим эти варианты подробнее. Вариант 1 - однократная периодическая ректификация. В начале процесса исходная фракция закачивается в ребойлер периодически работающей колонны К-101. Здесь происходит испарение жидкости за счет ее нагрева теплоносителем. Пары с верха колонны проходят через воздушный конденсатор ХВ-101, после чего поступают в сепаратор Е-101. Жидкость из сепаратора забирается насосом Н-101 и подается на орошение колонны. В определенный промежуток времени данная жидкость по своим составу и свойствам соответствует целевой фракции. В этот период часть жидкости после насоса Н-101 отбирается и отправляется в товарный парк. Рис. 1. Принципиальная технологическая схема блока периодической ректификации производства углеводородных растворителей Таблица 1 Компонентный состав бензиновой фракции 55-68 оС Компонент % массовый Пентан 0,006175 2,2-Диметилбутан 0,534083 Циклопентан 0,204559 2,3-Диметилбутан 13,264627 2-Метилпентан 64,997803 3-Метилпентан 19,959433 Гексан 0,860672 Метилциклопентан 0,039403 Бензол 0,133254 В результате моделирования процесса периодической ректификации установлен следующий временной режим работы: 1. В течение первых 6 час проводится выход колонны на режим. При этом отбора целевой фракции не происходит, а вся жидкость с насоса Н-101 подается на орошение колонны. 2. В течение последующих 18 час проводится отбор целевой фракции нефрас П1-55/61. После окончания отбора целевой фракции процесс периодической ректификации прекращается. Остаток жидкости из ребойлера колонны откачивается насосом Н-102, охлаждается в воздушном холодильнике ХВ-102 и смешивается с фракцией нефрас 63-75. Компонентный состав полученных продуктов при однократной периодической ректификации представлен в табл. 2. Вариант 2 - двукратная периодическая ректификация. В этом варианте для выделения целевой фракции процесс периодической ректификации проводится дважды. Технологическая схема процесса такая же, как и в варианте 1. В начале процесса исходная фракция закачивается в ребойлер периодически работающей колонны К-101. Через определенный промежуток времени после начала процесса жидкость, подаваемая на орошение, представляет собой петролейный эфир. В этот период времени часть жидкости после насоса Н-101 отбирается и смешивается с верхним продуктом колонны К-4. После отгона петролейного эфира начинается отбор промежуточного дистиллята, содержащего целевую фракцию. Таблица 2 Компонентные составы полученных продуктов при однократной периодической ректификации Компонент % массовый Нефрас П1-55/61 Кубовый остаток Пентан 0,035460 0,001415 2,2-Диметилбутан 2,958777 0,139251 Циклопентан 1,164470 0,048319 2,3-Диметилбутан 29,118183 10,683543 2-Метилпентан 64,315491 65,108887 3-Метилпентан 2,404739 22,817484 Гексан 0,001468 1,000555 Метилциклопентан 0,000021 0,045815 Бензол 0,001393 0,154722 В результате моделирования процесса периодической ректификации [3, 4] установлен следующий временной режим работы: 1. В течение первых 6 час проводится выход колонны на режим. При этом отбора фракций не происходит, а вся жидкость с насоса Н-101 подается на орошение колонны. 2. В течение последующих 14 час проводится отбор легкой части, которая смешивается с петролейным эфиром. 3. В течение последующих 10 час отбирается промежуточный дистиллят. После окончания отбора промежуточного дистиллята первый этап процесса периодической ректификации прекращается. Остаток жидкости из ребойлера колонны откачивается насосом Н-102, охлаждается в воздушном холодильнике ХВ-102 и смешивается с фракцией нефрас 63-75. В начале второго этапа промежуточный дистиллят закачивается в ребойлер периодически работающей колонны К-101. Через определенный промежуток времени после начала процесса жидкость, подаваемая на орошение, представляет собой целевую фракцию. В этот период времени часть жидкости после насоса Н-101 отбирается и отправляется в товарный парк. В результате моделирования процесса периодической ректификации установлен следующий временной режим работы: 1. В течение первых 2 час проводится выход колонны на режим. При этом отбора фракций не происходит, а вся жидкость с насоса Н-101 подается на орошение колонны. 2. В течение последующих 14 час проводится отбор целевой фракции нефрас П1-55/61. После окончания отбора целевой фракции второй этап процесса периодической ректификации прекращается. Остаток жидкости из ребойлера колонны откачивается насосом Н-102, охлаждается в воздушном холодильнике ХВ-102 и смешивается с фракцией нефрас 63-75. Компонентные составы полученных продуктов при двукратной периодической ректификации представлены табл. 3. Таблица 3 Компонентные составы полученных продуктов при двукратной периодической ректификации Компонент % массовый Легкая часть Нефрас П1-55/61 Кубовый остаток Пентан 0,023217 0,001629 0,000147 2,2-Диметилбутан 1,959666 0,170586 0,015785 Циклопентан 0,765029 0,056248 0,005102 2,3-Диметилбутан 26,321558 15,229039 4,358237 2-Метилпентан 68,091164 78,933159 52,304184 3-Метилпентан 2,835892 5,608250 40,891430 Гексан 0,001739 0,000298 2,021035 Метилциклопентан 0,000024 0,000001 0,092567 Бензол 0,001712 0,000784 0,311516 Таблица 4 Расчетный материальный баланс периодической ректификации при однократной и двукратной перегонке Наименование Однократная перегонка Двукратная перегонка Количество Количество кг % массовый на сырье кг % массовый на сырье Взято: Фракция 55/68 2500 100 2500 100 Итого: 2500 100 2500 100 Получено: Легкая часть 0 0 600 24 Нефрас П1-55/61 350 14 836 33,44 Кубовый остаток 2150 86 1064 42,56 Итого: 2500 100 2500 100 В табл. 4 представлен расчетный материальный баланс периодической ректификации при однократной и двукратной перегонке, составленный из расчета разовой загрузки в 2500 кг. Балансы рассчитаны без учета нормативных (0,5 %) потерь сырья и готовой продукции. Из полученных результатов следует, что при двукратной перегонке получается в 2,4 раза больше целевого продукта с более четким началом кипения при увеличении времени процесса только в 1,9 раза (с 24 до 46 час), что позволяет говорить о целесообразности использования метода двукратной периодической ректификации. В результате проведенных исследований был разработан колонный аппарат для проведения процесса периодической ректификации (рис. 2). Рис. 2. Колонный аппарат блока периодической ректификации производства углеводородных растворителей Данная колонна представляет собой вертикальный цилиндрический царговый аппарат, установленный на испаритель с паровым пространством. Общая высота аппарата составляет 29920 мм. Диаметр царговой части 400 мм. Колонна состоит из 11 царг, оснащенных насадкой АВР 60х60-р и устройствами сбора и перераспределения жидкости [5].

About the authors

Dmitriy A Kryuchkov

Samara State Technical University

(Ph.D. (Techn.)), Associate Professor 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russian Federation

Sergey V Ivanyakov

Samara State Technical University

(Ph.D. (Techn.)), Associate Professor 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russian Federation

References

Supplementary files