CC BY
34
УДК 519.673:620.9.97
Е. В. Захарченко, Е. А. Боровкова*, В. Д. Сафонова
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20, корп. 1 * e-mail: catherine.borovkova@gmail.com
РАЗРАБОТКА КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ РЕКТИФИКАЦИИ СМЕСИ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ
Разработана и реализована компьютерная модель процесса периодической ректификации смеси ароматических углеводородов. Предложенная компьютерная модель данного процесса может быть применена в целях модернизаций и реконструкций производств, использующих технологию ароматизации лёгких алканов.
Ключевые слова: модель, модуль, углеводороды, ректификация, флегмовое число.
Процессы ректификации являются важнейшими процессам разделения в химической промышленности. При использовании данных процессов осуществляется глубокое разделение многокомпонентных смесей различных веществ. Однако указанные процессы являются наиболее энергоёмкими в химической технологи. Поэтому точности расчётов указанных процессов уделяется пристальное внимание, так как неточности вычислений могут привести к увеличению энергозатрат и, соответственно, к снижению энергосберегающих показателей технологической схемы [1].
Решение вышеуказанных задач не представляется возможным без применения современных комплексов программ, имеющих высокую точность описания параметров технологических процессов и позволяющих без значительных материальных и временных затрат производить исследования этих процессов.
Комплекс программ СНЕМСЛБ - программный комплекс, предназначенный для инженерных расчётов различных процессов. Они объединяют базы данных химических компонентов и расширенных методов расчёта термодинамических свойств с гибкими методами расчёта аппаратов. Программа обладает хорошими вычислительными средствами для выполнения расчётов всех материальных и тепловых балансов, необходимых для компьютерного моделирования большинства статических и динамических процессов. Экспертные системы и расширенная обработка исходных данных, а также проверка ошибок обеспечивают их высокую эффективность и надёжность. Данные пакеты программ предназначены для выполнения поверочно-оценочных и проектных расчётов различных аппаратов, а также многостадийных технологических схем химических производств [1-2].
Разработке методического обеспечения блочного компьютерного моделирования сложных
крупнотоннажных энерго- и ресурсоёмких химических производств, в которых используются узлы ректификации, посвящена работа [3].
Работы [4-9] посвящены моделированию крупнотоннажных энергоёмких технологических
схем непрерывной ректификации. Однако требуется дополнительно рассмотреть вопрос разработки компьютерной модели процесса периодической ректификации смеси аренов при получении ароматических углеводородов из лёгких алканов.
Низшие ароматические углеводороды - бензол, толуол, ксилолы и т. д. имеют важное значение в области народного хозяйства. Из них получают красители, взрывчатые вещества, лекарственные препараты и многие другие органические соединения [10-14].
В данной работе решается задача построения компьютерной модели узла ректификации многокомпонентной смеси ароматических углеводородов, которая может быть применена для модернизации и оптимизации, как отдельного технологического узла ректификации
технологической схемы ароматизации лёгких алканов, так и производства в целом.
Технологическая схема узла периодической ректификации, реализованная в среде комплекса программ CHEMCAD, изображена на рисунке 1. В колонну периодической ректификации загружается смесь углеводородов из ёмкости (G= 10 кг V= 11.56 л.).
Колонна периодической ректификации моделируется стандартным модулем расчёта периодической ректификации комплекса программ CHEMCAD. Используется алгоритм Inside/out. Число тарелок - 5. Проводится 5 операций:
1. Сначала отгоняются пропан и бутан. Время операции - 9 мин. Флегмовое число - 1. Массовый расход дистиллята - 0.5 кг/ч.
2. Затем проводится отгонка бензола. Время операции - 15 мин. Флегмовое число - 4.5. Массовый расход дистиллята - 2.5 кг/ч. Начальная температура, при которой начинается отгонка бензола - 50 0С.
Конечная температура, при которой заканчивается отгонка бензола - 78 0С
3. Затем проводится отгонка толуола. Время операции - 138 мин. Флегмовое число - 2.5. Массовый расход дистиллята - 2.5 кг/ч. Начальная температура, при которой начинается отгонка толуола - 85 0С.
Конечная температура, при которой заканчивается отгонка толуола - 111 0С.
Рис. 1. Технологическая схема узла периодической ректификации, реализованная в среде комплекса программ СИЕМСЛБ. Обозначения: 1 - модуль расчёта периодической ректификации, 3 - модуль делителя потоков, 5,6,7 и
8 - модули емкостей. В квадратах обозначены потоки
4. Затем проводится отгонка ксилола. Время операции - 70 мин. Флегмовое число - 1. Массовый расход дистиллята - 2.6 кг/ч. Начальная температура, при которой начинается отгонка ксилола - 115 0С.
Конечная температура, при которой заканчивается отгонка ксилола - 145 0С.
5. Последним отгоняется нафталин. Время операции - 11.5 мин. Флегмовое число - 1. Массовый
расход дистиллята - 2 кг/ч. Начальная температура, при которой начинается отгонка нафталина - 149 0С.
Конечная температура, при которой заканчивается отгонка нафталина - 218 0С.
Периодическую ректификацию целесообразно проводить в насадочной колонне. Характеристика технологического оборудования узла ректификации приведена в таблице 1.
Таблица 1. Характеристика технологического оборудования узла периодической ректификации
№ на схеме Наименование по схеме Техническая характеристика
1 Ректификационная колонна периодического действия Диаметр колонны - 0.15 м. Высота колонны - 0.5 м. Материал - нержавеющая сталь.
2 Ёмкость дистиллята Общий объём емкости - У=5 л Материал - нержавеющая сталь.
5 Ёмкость дистиллята Общий объём емкости - У=5 л Материал - нержавеющая сталь.
6 Ёмкость дистиллята Общий объём емкости - У=5 л Материал - нержавеющая сталь.
7 Ёмкость дистиллята Общий объём емкости - У=5 л Материал - нержавеющая сталь.
8 Ёмкость дистиллята Общий объём емкости - У=5 л Материал - нержавеющая сталь.
Выводы:
• С применением комплекса программ СИЕМСЛБ построена и реализована компьютерная модель процесса
периодической ректификации смеси аренов в производстве ароматических углеводородов из лёгких алканов методом каталитической ароматизации;
• Методами многократных вычислительных экспериментов определены параметры моделирования колонны периодической ректификации - значения отборов и флегмовые числа на каждой операции;
• Проведён конструкционный расчёт колонны.
Захарченко Елена Владимировна, студентка-дипломница кафедры информатики и компьютерного проектирования РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Боровкова Екатерина Александровна, аспирантка кафедры информатики и компьютерного проектирования РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Сафонова Вера Дмитриевна, ассистент кафедры информатики и компьютерного проектирования РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Литература
1. Гартман Т. Н., Клушин Д. В. Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов. — М.: ИКЦ «Академкнига». — 2008. — 415 С.
2. Гартман Т. Н., Советин Ф. С. Аналитический обзор современных пакетов моделирующих программ для компьютерного моделирования химико-технологических систем // Успехи в химии и химической технологии. — 2012. — Т. 26. № 11 (140). — С. 117-120.
3. Советин Ф. С. Разработка и применение методического обеспечения блочного компьютерного моделирования энергоресурсоёмких химико-технологических систем c применением инструментальных комплексов программ. Дис. канд. техн. наук. — М. 2011. — 190 с.
4. Гартман Т. Н., Советин Ф. С. Применение пакетов программ CHEMCAD для моделирования процессов многокомпонентной ректификации в тарельчатых колоннах при получении синтетического жидкого топлива // Химическая техника. — 2010. — № 2. — С. 36-38.
5. Гартман Т. Н., Советин Ф. С. Компьютерное моделирование технологического узла ректификации производства метанола с применением пакетов программ CHEMCAD// Химическая техника. — 2010 — № 4. — С. 12-14.
6. Гартман Т. Н. Построение моделей процессов водоподготовки и водоочистки при получении синтетического жидкого топлива с применением программного комплекса CHEMCAD / Гартман Т. Н., Советин Ф. С., Новикова Д. К., Семенихин Я. В. // Химическая техника. — 2011. — № 3. — С. 34-35.
7. Гартман Т. Н. Синтез интегрированной химико-технологической получения синтетического жидкого топлива и метанола из природного газа с применением проблемно-ориентированного комплекса программ CHEMCAD / Гартман Т. Н., Советин Ф. С., Новикова Д. К., Сеннер С. А. // Химическая техника. — 2011. — № 9. — С. 41-44.
8. Советин Ф. С., Гартман Т. Н. Применение комплекса программ CHEMCAD для разработки компьютерной модели технологического узла нитрования крупнотоннажного производства нитробензола // Химическая техника. — 2012. № 4. — С. 44-45.
9. Щеглова А.А. Реконструкция технологического узла нитрования крупнотоннажного производства нитробензола // Успехи в химии и химической технологии. — 2012. — Т. 26. № 11 (140). — С. 127-132.
10. Васин А. Я. Изучение влияния галогенов на взрывоопасность органических соединений / Васин А. Я., Маринина Л. К., Гаджиев Г. Г., Голубева В. А. // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. — 2013. — № 3 (25). — С. 46-48.
11. Орлова Е. Ю. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. — Л.: Химия, — 1973. — 688 С.
12. Горелик М.В., Эффос Л.С. Основы химии и технологии ароматических соединений. — М: Химия. — 1992. — 640 C.
13. Лисицын В. Н. Химия и технология промежуточных продуктов. — М: Химия. — 1987. — 368 C.
14. Данов С.М., Колесников В.А., Есипович А.Л. Кинетика нитрования бензола азотной кислотой // Журнал прикладной химии. — 2010. — Т. 83, № 1. — С. 170-171.
Zakharchenko Elena Vladimirovna, Borovkova Ekaterina Aleksandrovna*, Safonova Vera Dmitrievna D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: catherine.borovkova@gmail.com
The development of the computer model of the process of the rectification of the mixture of the aromatic hydrocarbons
Abstract
The computer model of the process of the rectification of the mixture of the aromatic hydrocarbons is created & realized. This computer model may be use foe the modernization & reconstruction of the productions, which are using the technology of the aromatization of the light alkanes.
Key words: model, module, hydrocarbons, rectification, reflux ratio.
