Пример синтеза схемы разделения алкибензолов в производстве кумола

Важнейшими полупродуктами промышленности органического синтеза являются получаемые в процессе алкилирования бензола этилбензол, изопропилбензол, бутилбензол и полиалкилбензолы (ПАБ), широко применяемые в производстве синтетических каучуков и пластических масс. Окислением изопропилбензола с последующим разложением гидроперекиси получают фенол и ацетон, производство которых растет с каждым годом. Из других продуктов алкилирования бензола-этилбензола, булитбензола, ПАБ - получают стирол и а -метилстирол, а также ряд других веществ, широко используемых в химической промышленности.

В работе В.Стяжкина была поставлена задача синтеза оптимальной технологической схемы разделения алкилбензо- лов, позволяющая при минимальных приведенных затратах получить все компоненты в виде товарных продуктов.

Подготовка исходной информации

В табл. 9.3 приведен качественный и количественный состав разделяемой смеси; компоненты смеси ранжированы в порядке убывания их относительных летучестей. Существующая технологическая схема представлена на рисунке 9.20.

Анализ схемы позволил сделать следующие выводы:

  • - Из колонны IV выводятся полиалкилбензолы в виде одной фракции, стоимость которой на порядок ниже средней стоимости составляющих ее компонентов - диизопропилбензола и триизопропилбензола.
  • - Степень извлечения остальных компонентов (кроме изопропилбензола, бензола) менее 90%, что не позволяет использовать их в качестве товарных продуктов.
  • - Данная последовательность выделения компонентов, а также технологические параметры работы ректификационных установок не позволяют организовать рекуперацию тепла в схеме.

В процессе синтеза при расчете элементов схем разделения принимались следующие значения регламентированных переменных.

  • 1. Количество продуктовых потоков - 7;
  • 2. Степень извлечения компонентов - 99%;
  • 3. Давление - 0,1 МПа;
  • 4. Подача питания в колонну осуществляется при температуре кипения.

Матрица потоков DPR представлена в табл. 9.4.

Синтез технологической схемы разделения алкилбензолов проводился в два этапа. На первом этапе исследовались физико-химические и термодинамические свойства компонентов и смесей, а также условия фазового равновесия многокомпонентной системы с целью выявления ограничений. Формировалась матрица тепловых объединений и анализировалась возможность рекуперации тепла между потенцаль-

технологическая схема разделения алкилбензолов

Рис.9.2.Существующая технологическая схема разделения алкилбензолов

Таблица 9.3 Качественный и количественный состав смеси

Компонент

Расход

кг/час

Состав, % вес

1

Бензол

7579.4

47.55

2

Этилбензол

101.3

0.47

3

Изопропилбензол

6219.9

38.95

4

Бутилбензол

86.76

0.31

5

Диизопропилбензол

1386.1

8.30

6

Триизопропилбензол

395.1

3.01

7

Смола

263.3

1.41

Таблица 9.4. Матрица потоков DPR (размерность, кг/ч)

Компонент

1 2 3 4 5 6 7

1

Бензол

7574 16.3 14.0 - - - -

2

Этилбензол

0.5 101.1 7.1 0.1 ---

3

Изопропилбензол

0.1 3.1 6220 6.2 0.1 - -

4

Бутилбензол

- 0.1 30.3 86.7 0.81 0.1 -

5

Диизопропилбензол

- 0.01 0.2 1.1 1386 1.8 0.1

6

Триизопропипбензол

- 0.1 0.1 3.1 395.1 0.29

7

Смола

- - - - 0.1 0.3 263.3

ными источниками и стоками энергии.

На втором этапе синтезировался оптимальный вариант схемы разделения с учетом полученных ограничений.

Анализ физико-химических свойств компонентов и теплового объединения потоков разделяемой смеси.При исследовании физико-химических и термодинамических свойств разделяемой смеси использовался «банк данных» по молекулярным весам (Мв), температурам кипения (7’ким), критическим параметрам нр, Тщ,, ркр), зависимостям давления насыщенных паров от температуры в виде уравнений Антуана и т.д. Было выявлено, что в смеси алкилбензолов нет азеотропов, поэтому при исследовании фазового равновесия и термодинамических особенностей смеси поиск областей непрерывной ректификации не проводился.

Анализ физико-химических свойств разделяемых компонентов и эксплуатационных характеристик технологической схемы разделения позволил выявить ограничения на объединение тепловых потоков. Присутствие в смеси смолы и по- лиалкилбензолов, полимеризующихся в процессе разделения, не позволяет использовать эти компоненты в качестве источников тепла, так как это усложняет и удорожает эксплуатацию теплообменного оборудования.

При генерации матрицы теплового объединения потоки, в которых присутствовала смола и полиалкилбензолы, не рассматривались. Матрица DPR, полученная с учетом этих ограничений, представлена в таблице 9.5.

Таблица 9.5. Матрица тепловых объединений (цифрами обозначены компоненты в ранжированном списке смеси алкилбензолов)

7",

°C

т,ьс

152

"'v Источник ^чтепла Сток

тепла ^ч.

1

2

3

  • 1
  • 2
  • 2
  • 3
  • 1
  • 2

3

136

2

-

-

+

-

-

-

3

-

-

-

-

-

-

4

-

-

-

-

-

-

32

-

-

-

-

-

-

43

-

-

-

-

-

-

432

-

-

-

-

-

-

В результате анализа матрицы тепловых объединений, было установлено, что рекуперация тепла может осуществляться в схеме между потоком куба ректификационной колонны, из которого в качестве продукта отводится этилбензол (ГКип=136°С), и дефлегматора колонны, из которого в качестве продукта отводится изопропилбензол (7’К01Ш = 152°С).

Следовательно, на втором этапе синтеза при расчете тепловых нагрузок должны генерироваться только те варианты схем разделения по предложенному алгоритму, в которых этилбензол отбирается как целевой продукт из куба, а изопропилбензол - из дефлегматора. Ограничение пространства поиска только такими вариантами производится с помощью индексов «4» и «5», которые заносятся в матрицу связей перед началом генерации вариантов. Индекс «6» не используется, так как он применяется только для случаев, в которых рекуперируемые потоки состоят из двух и более компонентов. Ниже приведены значения индексов N в матрице связей, М ограничивающих пространство поиска.

N

1 2

3

4

5

6

М

4 5

0

0

0

0

При раскрытии (генерации) вершин на одном уровне завершенности, для которых в матрице связей М стоят индексы «4» и «5» одновременно, первой раскрывается вершина, у которой точка деления соответствует позиции индекса «5» в М. Вершина, у которой точка деления совпадает с позицией индекса «4» в Л/, может быть раскрыта только на следующем уровне завершенности схемы разделения, если в позицию с индексом «5» была занесена «1». Под позицией в матрице связей М подразумевается номер столбца, который соответствует номеру компонента в ранжированном списке смеси.

Так позиция индекса «5» в М соответствует точке деления 2/3, то компонент с номером 2 (этилбензол) может быть только кубовым продуктом, а компонент 3 (изопропилбензол) только дистиллятом, что иллюстрируется схемой приведенной ниже.

Таким образом, использование индексов «4» и «5» позволяет рассматривать те варианты схем разделения, где возможна рекуперация тепла.

(в скобках цифра соответствует компоненту в ранжированном списке).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >