Выбор адекватной модели

Систематическое исследование процессов ректификации требует выбора адекватной модели парожидкостного равновесия. В настоящей работе расчетньш эксперимент поставлен на примере разделения многокомпонентной модельной смеси этан - пропан - пропен.

Выбор модели описания парожидкостного взаимодействия для смесей этан-пропан, пропан-пропен, пропен-этан производился на основании сопоставления экспериментальных и расчетных данных. Расчет парожидкостного равновесия проведен с использованием программного комплекса PRO/IL На основании имеющегося опыта практического использования и общих рекомендаций по применению выбрано несколько моделей ПЖР, реализованных в программном комплексе: I - NRTL, II - модель SRK, III - модель Пенг -Робинсон.

Нами были получены экспериментальные данные по парожидкостному равновесию для следующих бинарных составляющих: этан - пропан, пропен - пропан, этан - пропен.

В качестве критерия сравнения для статистической обработки результатов было выбрано среднее относительное отклонение описания паровой фазы, δ.

(11)

где N- количество экспериментальных точек фазового равновесия.

Таким образом, нами было произведено сравнение трех бинарных составляющих по заданному критерию. Результаты представлены в Приложении и Табл. 6.

Таблица. 6.

Результаты моделирования парожидкостного равновесия

Смесь	δ,%
	NRTL	SRK	PR
Этан — пропен	1,272	1,392	0,966
Пропел - пропан	0,835	1,250	1Д52
Этан-пропан	0,862	1,042	1,289

Из таблицы видно, что модель NRTL наилучшим образом описывает экспериментальные данные, поэтому для дальнейшего описания ПЖР мы воспользуемся моделью локальных составов.

Будем использовать уравнение с тремя параметрами: b_ij, b_ij, a_ij. Найденные значения параметров бинарного взаимодействия приведены в табл.7.

Таблица 7.

Параметры бинарного взаимодействия для модели NRTL

Бинарная пара	b_ij	b_ij	a_ij
Этан —пропан Пропен — пропан Этан - пропен	-103,454 -54,7269 217,216	443,987 142,146 -216,315	1 0,9 0,972611

Синтез схем ректификации для разделения смеси этан-пропен-пропан

Для разделения трехкомпонентной зеотропной смеси нами было предложено четыре технологические схемы (рис. 6-7). Две из них являются последовательностью из простых двухсекционных колонн, две другие - являются комплексами из сложных колонн с боковыми секциями. В ряде случаев применение сложных колонн оправдано за счет приближения к термодинамической обратимости за счет структурных особенностей. Кроме того, такие схемы требуют меньшее число кипятильников и дефлегматоров, что может привести к значительному снижению энергозатрат на разделение. Но следует помнить, что такие технологические схемы целесообразно применять при невысокой четкости разделения и содержании среднекипящего компонента более 20%.

Рассмотрим предложенные схемы более подробно.

Схема 1 представляет собой последовательность простых двухсекционных колонн, работающих в режиме первого заданного разделения (рис. 6а, в). Согласно этой схеме в качестве дистиллата колонны 1 выделяют практически чистый этан, а кубовый продукт колонны 1 поступает на дальнейшее разделение. В колонне 2 происходит отделение пропена и пропана.

работает в режиме второго заданного разделения, что позволяет выделить в качестве кубового

продукта тяжелокипящий пропан. Дистиллат колонны 1 направляют на дальнейшее разделение на этан и пропен в колонну 2.

Используя широко развитые методы синтеза схем, основанные на теории графов [5, 6, 7, 8], нами синтезированы технологические схемы разделения трехкомпонентной смеси этан - пропен - пропан, содержащие сложные колонны (рис.6 б, г, 7 б, г). Схемами-прообразами являются описанные схемы 1 и 2. Для трансформации схем 1 и 2 представим их в виде графов (рис. 6 в, г, 7 в, г). Структуры 3 и 4 получают путем стягивания по ориентированному ребру, эксплицирующему потоки между колоннами. Полученные схемы-образы являются структурами с частично (рис. 6 б, г, 7 б, г) связанными тепловыми и материальными потоками.

Синтезированная схема 3 (рис. 6 б) представляет собой сложную колонну с боковой укрепляющей секцией. Схема содержит два дефлегматора и один кипятильник. Схема 4 (рис. 7 б), напротив, отличается наличием двух кипятильников и одного дефлегматора, представляя тем самым сложную колонну со стриппинг-секцией.

Таким образом, нами предложено четыре схемы разделения, представленные на рис. 8.