ВКР Сотина. Исследование фазовых эффектов и методов разделения азеотропных смесей, утверждена приказом ргу имени С. А. Есенина от 20 г
 Скачать 1.21 Mb.
|
2.3. Экстрактивная ректификацияВ процессе экстрактивной ректификации используют высококипящие растворители (температура кипения растворителя должна быть на 50°С и выше температуры кипения компонентов смеси). С разделяемыми компонентами высококипящие растворители не формируют азеотропы, а это является главной характеристикой экстрактивной ректификации. Сферами использования данного метода являются: в промышленности для экстракции и очистки алкенов, алкадиенов (бутадиена, изопрена), для выделения ареноз (бензола и его гомологов, стирола) из продуктов пиролиза и каталитического риформинга нефтяных фракций. Основой процесса экстрактивной ректификации является ввод в систему третьего компонента. Это ведет к понижению упругости паров растворяемого компонента бинарной смеси и повышению коэффициента относительной летучести (α'АВ>αАВ) разделяемой смеси. Такой компонент называют разделяющим, или экстрактивным агентом [25].  Рис. 19. Схема установки для экстрактивной ректификации: 1,2- ректификационные колонны, 3,4- насосы, 5- кипятильники, 6- конденсаторы; I- охлаждающая вода, II- греющий пар, III-конденсат, IV- восполнение потерь экстрагирующего агента. Исходная смесь, а также смесь из компонентов А+В, идет на питающую тарелку (рис. 19). При прибавлении тяжелолетучего компонента С совершается разделение смеси А+В. Компонент В хорошо растворяется в веществе С. Компонент С подается на одну из верхних тарелок колонны 1 и вместе с флегмой по колонне стекает вниз. Как было сказано выше, вещество С растворяет в себе вещество В, это снижает упругость его паров и способствует разделению компонентов А и В. Верхним продуктом колонны 1 является компонент А заданной чистоты, а нижним - смесь В+С. Насосом 3 эта смесь подается в колонну 2, где принципом обычной ректификации получают компоненты В (верхний продукт) и С (нижний продукт), при этом смесь В и С удаляется в виде остатка. Небольшая высота колонны 2 позволяет работать с небольшим флегмовым числом. Температуры кипения компонентов В и С существенно отличаются. Насосом 4 извлекаемый агент С подают в колонну 1, замыкая цикл по компоненту С, что ведет к разделению исходной смеси А+В на компоненты А и В. Определенные потери разделяющего компонента С восполняются с этими продуктами. [28] Для примера использования экстрактивной ректификации можно рассмотреть разделение смеси бензола (компонент А) и циклогексана (компонент В) с использованием в качестве разделяющего агента фенола (компонента С). Экстрактивная ректификация ведется только непрерывным способом. Выбор разделяющих агентов. Важнейшими требованиями к растворителям для экстрактивной ректификации являются: 1) изменение относительной летучести компонентов заданной смеси в желательном направлении (селективность); 2) легкость регенерации из смесей с компонентами системы, подвергаемой разделению; 3) безопасность в обращении, доступность и дешевизна; 4) инертность по отношению к компонентам заданной смеси, неспособность вызывать коррозию аппаратуры или разлагаться при нагревании. Один и тот же растворитель используют в различных процессах разделения. Например, ацетонитрил применяют для выделений 1,3-бутадиена методом экстрактивной ректификации; также он служит азеотропобразующим компонентом при экстракции аренов из смеси с предельными углеводородами. Требования, предъявляемые к экстрагирующим агентам: 1) Он должен избирательно растворять один из компонентов разделяемой смеси; 2) он не должен формировать азеотропы с компонентами исходной смеси (для быстрого его отделения с целью его регенерации и получения чистых компонентов); 3) он должен значительно отличаться от компонентов исходной смеси по температуре кипения, т.е быть существенно более тяжелолетучим, чем высококипящий компонент (ВКК) исходной смеси, или (что бывает реже) значительно более легколетучим, чем низкокипящий компонент (НКК) исходной смеси (что обеспечивает выделение без существенных энергетических и капитальных затрат). [7] При подборе разделяющего агента учитываются технико-экономические факторы - стоимость, доступность, пригодность в коррозионном отношении, токсичность, пожароопасность и другие [34]. Для преодоления термодинамико-топологических ограничений используют методику экстрактивной ректификации. Метод экстрактивной ректификации практически никогда не используется самостоятельно, так как является стадиями в технологических процессах разделения смесей. В сравнении с азеотропной, основным преимуществом экстрактивной ректификации является получение высокой концентрации растворителя в колонне (75—90%), увеличение селективности и эффективность самого разделения. В процессе азеотропной ректификации содержание растворителя в системе определяется составом азеотропов. Часто содержание растворителя недостаточно велико, в результате происходит снижение эффективности самого разделения. При экстрактивной ректификации используемые растворители имеют более высокую селективность, чем азеотропобразующие компоненты. Экстрактивная ректификация позволяет применять значительное число растворителей, летучесть которых серьезно отличается от летучести разделяемых компонентов. Степень концентрации растворителя и другие параметры при экстрактивной ректификации могут варьироваться в широких пределах; расход пара при экстрактивной дистилляции меньше, чем при азеотропной, так как в условиях этого процесса не нужно испарять растворитель. Также к другим достоинствам экстрактивной ректификации относятся: - полная, автономная работа; - большая степень свободы в проектировании установок, что дает большую гибкость в реализации; - легкость в управлении и работоспособность; - продукты получаются полностью свободными от растворителя; - обычно требуется меньшее количество растворителя, чем азеотропообразователя при азеотропной ректификации; - не весь растворитель должен испариться (растворитель получают в виде кубового продукта); - существенно меньшее энергопотребление, чем в азеотропной ректификации У данного метода ректификации имеются и недостатки: - относительно низкая степень экстракции низкокипящих целевых компонентов, несмотря на малые коэффициенты активности в растворителе; - низкая степень чистоты высококипящих целевых компонентов, которые остаются в кубовом остатке (это вынуждает применять более узкокипящие фракции по сравнению с экстракцией); - процесс основан на равновесии жидкость - пар, при этом необходимо, чтобы на всех тарелках колонны существовала лишь одна жидкая фаза; - применение менее селективных растворителей относительно экстрагентов; - не пригоден для материалов, чувствительных к температурам. [39] |