CC BY
68
0 it & I U в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 13 (129)
УДК 519.673:620.9.97 Е.А. Проскуро
Международный институт логистики ресурсосбережения и технологической инноватики Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА РЕКТИФИКАЦИИ В
ТРЕХКОЛОННОЙ УСТАНОВКЕ РАЗДЕЛЕНИЯ МЕТАНОЛ-ВОДА
The computer model of Processes System for mixture methanol-water rectification is created. Computer model of energy saving Processes System for rectification with two columns & separator is developed. Optimum parameters of functioning for the developed Processes System for mixture methanol-water rectification is defined. Possibility to increase the productivity of this Processes System is estimated.
Разработана компьютерная модель установки разделения смеси метанол-вода. Разработана энергосберегающая технологическая схема с двумя колоннами и сепаратором. Определены оптимальные параметры функционирования предложенной двухколонной технологической схемы. Оценена возможность повышения производительности установки.
С развитием химической промышленности, энергетики, транспорта особое значение приобрели добыча и переработка нефти и газа с целью получения многих веществ, необходимых в народном хозяйстве [1]. Одним из таких веществ является метанол.
Метанол по значению и масштабам производства является одним из важнейших крупнотоннажных продуктов, выпускаемых современной химической промышленностью. Он широко применяется для получения пластических масс, синтетических волокон, синтетического каучука, в качестве растворителя и т. п. Области применения метанола в последнее время сильно возросли: он является перспективным продуктом для транспортировки энергии на дальние расстояния, компонентом автомобильных бензинов и сырьем для микробиологического синтеза и т. д.
В нашей стране большинство заводов по производству метанола работает на переработке природного газа [2-3]. Этот процесс включает в себя три стадии:
• получение синтез-газа из природного газа;
• получение метанола из синтез-газа;
• разделение смеси метанол-вода.
В данной работе рассматривается последний этап производства -стадия разделенnz смеси метанол-вода (узел ректификации). Процессы ректификации относятся к важнейшим процессам разделения в химической, нефтехимической и газоперерабатывающей промышленности. Однако указанные процессы являются одними из наиболее энергоёмких в химической технологии. Поэтому точности расчётов процессов ректификации уделяется пристальное внимание, т.к. неточности вычислений могут привести к увеличению энергозатрат и, соответственно, к снижению энергоресурсосберегающих показателей производств [4].
Решение вышеуказанных задач не представляется возможным без
О Я & I VI в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. N813(129)
применения современных проблемно-ориентированных комплексов программ, имеющих высокую точность описания параметров технологических процессов и позволяющих без значительных материальных и временных затрат производить исследования этих процессов [4].
Обычно, при разделении смеси метанол-вода используется технологическая схема, состоящая из трех ректификационных колонн, этим объясняется большая энергоемкость процесса разделения [5-6].
Табл.1. Результат параметрического анализа трехколонной схемы
Параметры I колонна I колонна I] I колонна
Оптимальные значения Оптимальные значения
Тарелка питания 35 40 49 35 35
Тарелка отбора - 5 11 45 45
Паровое число - 3,15 3 8,5 8,5
Актуальность работы связана с ее практической значимостью. Она представляет интерес для практиков промышленного производства, поскольку целью данной работы является разработка энергосберегающей схемы с двумя колоннами и испарителем. Работа включает в себя и оценку возможности повышения производительности.
Табл. 2. Сравнение расчетных тепловых нагрузок
3-х колонная схема 2-х колонная схема
I колонна 46048,4 -
II колонна 127158 116894
III колонна 129484 121073
сепаратор - 882,874
Итого 302690,4 238849,874
При этом критерий оптимальности - суммарная тепловая нагрузка, а ресурсы оптимизации - паровые числа второй и третьей ректификационных колонн, № тарелок питания (для второй колонны также ресурсом оптимизации является № тарелки бокового отбора).
Для достижения поставленных целей проводился параметрический анализ трехколонной схемы с применением комплекса программ СНЕМСАЕ). Проведены анализы влияния таких параметров, как тарелка питания, тарелка отбора и паровое число на содержание метанола в выходных потоках колонн. В табл.1 приведены результаты проведенных анализов.
На основании анализа полученных данных было выявлено, что колонну стабилизации в трехколонной схеме можно заменить испарителем, что приведет к уменьшению расчетных тепловых нагрузок (табл.2). При этом, такая замена ни как не отразится на качестве получаемого продукта.
Также проводились исследования возможности повышения произво-
0 it & I U в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 13 (129)
дительности двухколонной технологической схемы. Результаты исследования сведены в табл. 3.
Табл. 3. Результаты исследования возможности поднятия производительности
Диаметр, м Производительность
1 1Д 1,5
II колонна 3,810 3,962 4,572
III колонна 3,505 3,658 4,115
Тепловые нагрузки, МДж/ч
II колонна 117017 128491 175230
III колонна 121183 133097 169882
Из табл. 3 видно, что при росте производительности на 10% диаметр и тепловые нагрузки увеличиваются незначительно, при этом колонны можно не менять, т.к. в соответствии с ГОСТом диаметр II колонны 4м, а диаметр III колонны 3,5м в обоих случаях. Выводы.
1. Проведено исследование влияния тарелок питания и отбора, а также парового числа для всех колонн на результаты расчёта процессов;
2. Предложена двухколонная схема, в которой колонна стабилизации заменена испарителем, в результате чего уменьшились тепловые нагрузки;
3. На данной установке возможно увеличение производительности по исходному раствору на 10%.
Библиографический список
1. Арутюнов B.C. К итогам 7-ого международного симпозиума по конверсии природного газа (NGCS7).// Катализ в промышленности, 2004. № 5. С. 54-59.
2. Достижения в производстве синтез-газа. / П. ван ден Оостеркамп, Э. Вагнер, Дж. Росс.//Российский химический журнал, 2000. Т. XLIV. № 1. С. 3442.
3. Печуро Н.С., Капкин В.Д., Песин О.Ю.. Химия и технология синтетического жидкого топлива и газа. М.: Химия, 1986. 349 с.
4. Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов /Т.Н. Гартман, Д.В. Клушин. М.: ИКЦ «Академкнига», 2006. 415 с.
5. Компьютерное моделирование технологического узла ректификации производства метанола с применением пакетов программ CHEMCAD. / Т.Н. Гартман, Ф.С. Советин. // Химическая техника, 2010. № 4. С. 12-14.
6. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза. /Л.А. Серафимов, B.C. Тимофеев. М.: «Высшая школа», 2003. 536 с.
