Ректификация процесінің мәні
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ
1. ӘДЕБИЕТТІК ШОЛУ
1.1 Ректификация процесінің мәні
1.2 Азеотропты қоспаларды бөлу әдістері
1.2.1 Азеотропты қоспаларды әртүрлі қысыммен жұмыс істейтін бағандар кешенінде бөлу
1.2.2. Бөлетін агенттерді қолдану арқылы азеотропты қоспаларды ректификациялау әдістері
1.3. Зеотропты және азеотропты қоспаларды бөлу үшін күрделі бағандарды пайдалану
1.4. Көпкомпонентті жүйелердегі бу-сұйықтық тепе-теңдігін есептеу әдістері
1.4.1. Күй теңдеулері
1.4.2. Жергілікті құрам модельдері
1.4.3. Топтық модельдер
1.5. Кейбір қасиеттері, уытты әсерлері, алынуы және компоненттерді қолдану
2.ЗЕРТТЕУ МІНДЕТТЕРІН БЕЛІГІЛЕУ
3. ЕСЕПТІК- ЭКСПЕРИМЕНТТІК БӨЛІМ
3.1. Оңтайландыру критерийі
3.2. Процестің технологиялық схемасының сипаттамасы
3.3. Ацетон-хлороформ-ДМФА жүйесінде фазалық тепе-теңдікті модельдеу
3.4. Оңтайлы жұмыс параметрлерін есептеу
ҚОРЫТЫНДЫ
ПАЙДАЛЫНҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
ҚОСЫМША
КІРІСПЕ
Химия, мұнай-химия, фармацевтика, тамақ және басқа салаларда көбінесе екі немесе одан да көп сұйықтықтың қоспаларын жеке компоненттерге бөлу қажет болады. Ең тән мысал-мұнай өнімдерін әртүрлі ұшпа фракцияларға бөлу.
Бөлу процесі қоспаны құрайтын барлық сұйықтықтардың әртүрлі өзгергіштікке ие екендігіне немесе басқаша айтқанда, бірдей сыртқы қысыммен әртүрлі қайнау температурасына негізделген. Сұйықтықтардың бұл қасиетінің салдары сұйық қоспадан жоғары компоненттер буларының әртүрлі мөлшері болып табылады. Қоспаның үстіндегі жұптар ұшпа компоненттердің жұптарымен байытылған. Егер мұндай будың қоспасы сұйық фазадан бөлініп, толығымен конденсацияланса, онда алынған конденсаттың құрамы будың құрамымен бірдей болады. Демек, жаңа сұйық қоспасы бастапқы сұйық қоспамен салыстырғанда салыстырмалы түрде ұшпа компонентпен байытылған болады.
Дистилляция және ректификация-екі немесе бірнеше Ұшпа компоненттерден тұратын сұйық біртекті қоспаларды бөлудің ең көп таралған әдістері.
Дистилляция және ректификация процестері химиялық және тамақ өнеркәсібінде техникалық және тағамдық этил спиртін өндіруде, хош иісті заттарды өндіруде және т.б. кеңінен қолданылады. Оларды барынша толық бөлу үшін ректификация қолданылады.
Ректификация-бұл сұйықтықтың бірнеше рет ішінара булануы және будың конденсациясы нәтижесінде қоспаны оның құрамдас бөліктеріне бөлу. Ректификация байланыс құрылғыларымен (Әртүрлі конструкциялы тарелкалар) жабдықталған немесе әртүрлі материалдардан (керамика, металл, ағаш) жасалған саптамамен толтырылған колонналық аппараттарда жүргізіледі.
Дистилляция және ректификация процестері қоспаның құрамдас бөліктерінің бірдей температурада әр түрлі өзгеруіне негізделген. Үлкен құбылмалылығы бар қоспаның құрамдас бөлігі Ұшпа деп аталады, ал аз құбылмалылығы бар компонент тұрақты емес. Тиісінше, Ұшпа компонент ұшпайтын компонентке қарағанда төмен температурада қайнайды. Сондықтан оларды төмен қайнаған және жоғары қайнаған компоненттер деп те атайды.
Тақырыптың өзектілігі - Ректификация ХІХ ғасырдың басынан бастап маңызды технологиялық үдерістердің бірі, негізінен спирт және мұнай өнеркәсібі ретінде белгілі.Көптеген таза қосылыстарға сұраныстың көбеюіне байланысты ректификация процесі кең қолданыс тапқан процестердің бірі. Қазіргі уақытта барған сайын таза түрінде компоненттерін бөлу (органикалық синтез изотопының, полимерлер, жартылай және тазалығы жоғары басқа да түрлі заттардың) өте маңызды болып табылады.
Сондай-ақ соңғы жылдары ректификация процесі таза металдармен жартылай өткізгіш материалдар өндірісінде кең қолданыс табылды. Сонымен қатар химиялық технологияда сұйық қоспалардың біртекті ажырау әдісі кеңінен таралған. Ұшқыш компоненттердің әртүрлі сұйықтартдың құрамынан және буға айналуына байланысты. Еріткіштік қасиетіне байланысты компоненттер: екі қоспалы компонент негізінде бинарлы деп атайды. Бинарлы қоспаны құрамы еритін, жай еритін және ерімейтін сұйықтардың төмен компонентті қоспаның төмен температурада қайнайтын немесе жеңіл ұшатын қоспа деп, ал жоғары температурада қайнайтын компенентті жоғары температурада қайнайтын немесе ауыр ұшатын қоспа деп атаймыз.
Қоспалардың таза компоненттерге булану және конденсациялану процесі арқылы бөлінуін ректификация деп атайды. Ректификация процесі сұйықтық пен будың қарама-қарсы өтуіне байланысты, сонымен қатар бу колоннамен жоғары қарай көттеріле отырып сұйықтықпен жанасып және үздіксіз төмен температурада қайнайтын компонентпен, ал сұйықтық жоғары температурада қайнайтын компонентпен әрекеттеседі. Кондерсерленген булар колоннаның жоғары жағынан шығады, яғни негізінен төмен температурада қайнайтын компоненттерді дистилят деп атайды. Ал колоннаның төменгі жағынан шыққан сұйықтықты кубтық қалдық деп атайды. Бұл құрамы жағынан таза жоғары температурада қайнайтын компонент.
Ректификациялық қондырғылар әрекет принципі бойынша мерзімді және үздіксіз деп бөлінеді. Үздіксіз қондырғыларды бөлінген шикізат қоспасы бағанға түседі және бөлу өнімдері үздіксіз алынып тасталынады. Мерзімді операция бөлінетін қоспаның өсіретін зарядталанған және айдау қалаған түпкілікті өнім құрамын алу үшін бір мезгілде жүзеге асырылады.
Жұмыстың мақсаты - әдеби шолу жүргізе отырып, қажетті ректификациялық қондырғыны еспетеу және таңдау.
Қойылған мақсатқа жету үшін келесі міндеттерді орындау қажет:
* Ректификация процесінің теориялық негіздерін зерделеу және негізгі құрылғы мен қондырғының технологиялық сұлбасын меңгеру;
* Негізгі аппараттың жұмыс жасау принципімен танысып, материалдық, жылулық балансын есептеп, технологиялық сұлбасын меңгеру;
* Аппараттың гидравликалық есептемесін жүргізіп, қарастырылған, зерттелінген тақырыпқа ізденіс нәтижесіне сай қорытынды жасау.
Зерттеу объектісі - Ацетон мен хлороформ стабилин-9 термостабилизатор өндірісінде қолданылатын еріткіштер қоспасының құрамына кіреді. Оларды регенерациялау үшін [1] ауыр қайнаған бөлгіш агент диметилформамидпен (ДМФА) экстрактивті ректификацияны (ЭР) қолдану ұсынылды. Бұл процесс екі бағаннан тұратын кешенде жүзеге асырылады - экстрактивті ректификация бағанасы және экстрактивті агент регенерация бағанасы. Бұл жағдайда іс жүзінде таза ацетон экстрактивті бағанның дистиллятында, ал іс жүзінде таза хлороформ регенерация бағанының дистиллятында шығарылады, оның кубтық ағымы іс жүзінде таза ДМФА экстрактивті ректификация бағанына қайтарылады.
Экстрактивті ректификация - бұл энергияны көп қажет ететін процесс. Ацетон - хлороформ қоспасының ЭР үшін энергия шығынын азайту үшін бұл процесті бүйірлік нығайтатын секциясы бар бір күрделі бағанда (КБ) жүргізу әдісі ұсынылды [2]. Бұл жағдайда ацетонның шығуы негізгі бағанның дистиллятында, ал хлороформ - бүйірлік секция дистиллятында (ББ) жүзеге асырылады. ДМФА негізгі бағанның кубында қалпына келтіріліп, оның жоғарғы бөлігіне рециклмен қайта оралады. Нәтижесінде құрамында 82,9% ацетон мас. бар өндірістік құрамның қоспасын бөлу үшін энергия шығынын төмендету, дәстүрлі екі бағаналы схемамен салыстырғанда 28,5% құрады.
Бұл жұмыс ацетон-хлороформ қоспасын экстрактивті ректификациялау схемаларының оңтайлылығының концентрациялық аймақтарын анықтауға бағытталған зерттеудің бөлігі болып табылады. Бұл жұмыстың мақсаты бүйірлік нығайтатын бөлімі бар күрделі бағандағы азеотропты құрамдағы ацетон-хлороформ қоспасын экстрактивті ректификациялау процесінің оңтайлы жұмыс параметрлерін анықтау болып табылады.
1. ӘДЕБИЕТТІК ШОЛУ
1.1 Ректификация процесінің мәні
Химиялық, мұнай-химия және басқа бірқатар салаларда (тамақ, фармацевтика - металлургияға дейін) сұйық және газ қоспаларының алуан түрлілігі қолданылады, оларды жеткілікті таза компоненттерге немесе әртүрлі құрамдағы фракцияларға бөлу керек. Фазалар арасында компоненттерді қайта бөлумен жүретін сұйық пен бу фазаларының жанасуы кезінде мұндай қоспалардың бөлінуі айдау деп аталады.
Ректификация - бұл фазалардың көпсатылы қарсы ағымында қайнаған сұйықтық пен қаныққан конденсацияланатын бу фазасы арасында компоненттің (компоненттердің) ауысу процесі. Ауыспалы схема бойынша, будың ішінара конденсациясы және сұйық қоспалардың булануы (дистилляциясы) операциялары бойынша, жоғары қайнайтын компоненттің (ЖҚК) және төмен қайнайтын компоненттің (ТҚК) өнімін алуға болады, бастапқы қоспадағы олардың құрамына сәйкес келеді.
Ректификация процесінде сырттан келетін жылу тек қайнатқыштарда - бағанның түбінде және сұйық қоспаны ішінара буландыру үшін бүйір бөлімдерде, ректификациялық аппараттың төменгі бөлігіндегі жылыту құрылғысында будың бастапқы ағынын алу үшін жұмсалады (көбінесе баған). Бу конденсациясының жылуы тек конденсатты құрылғыларда - ректификациялық аппараттың жоғарғы бөлігінде ғана жойылады.
Бірте - бірте тақтайшалардағы фазалардың қарама-қарсы байланысына байланысты жұпта және сұйықтықта ТҚК концентрациясы төменнен жоғары қарай артады-белгілі бір концентрация профилі орнатылады; бұл әсер ректификация процесінің негізі болып табылады. Колоннаның жоғарғы жағындағы ТҚК тазалығы қарастырылып отырған схема аясында тақтайшалар санымен анықталады.
Қажетті концентрациялық профильді, яғни колоннаның жоғарғы жағындағы ТҚК (тазалық) талап етілетін концентрациясын орнатқаннан кейін, жоғарғы өнімді мақсатты ретінде таңдауға болады. Бірақ егер сіз барлық жоғарғы өнімді таңдасаңыз, онда сұйық фаза бағанның бойымен буға қарсы ағынмен ағуды тоқтатады, ректификация процесі бұзылады. Сондықтан, конденсациядан кейін жоғарғы өнім ішінара ғана таңдалады; фазалардың қарама-қарсы байланысын сақтау үшін конденсаттың белгілі бір бөлігін бағанды суаруға қайтару қарастырылған. Ректификациялауда компоненттерді ауыстырудың екі бағытты процесі жүреді: ТҚК сұйық фазадан бу фазасына және ТҚК - кері бағытта.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Қарапайым және күрделі қоспаларды ректификациялау периодты немесе үздіксіз жұмыс жасайтын тізбектерде іске асырылады. Мерзімді (периодты) жұмыс жасайтын тізбектер өнімділігі төмен қондырғыларда қөп мөлшердегі фракцияларды алу және бөлудің жоғарғы нақтылығы қажет болған жағдайларда қолданады (2-сурет). Шикізат айдаушы кубқа 1 оның диаметрінің 23 биіктігіне дейін түседі, онда тұйық газдың буымен қыздырылады. Ректификациялық қондырғының жұмыс атқарушының бірінші кезеңінде қоспасының ең ұшқыш компонентін шығарып алады, мысалы: бензолдық басты одан соң ауа температурасын көтермеле отырып, қайнау температурасы жоғарырақ компонентті алады (бензол, толуол және т.б). Өте жоғары температурада қайнайтын қоспалар кубта қалады және кубтың қалдығын қалыптастырады. Ректификациялау процессі аяқталғаннан кейін, ол қайтадан шикізатпен толтырылады және ректифиуациялау қайтадан басталады. Кезендік процесі жылудың көп шығындылығымен және қондырғының төмен өнімділігімен шартталады. Үздіксіз әрекеттегі қондырғыда (1.2-сурет) аталып өткен көп кемшіліктер жоқ. Мұндай қондырғының принципі схемасы суреттее көрсетілген. Шикізат жылу алмасу бөлімімен 1 қыздырушы 2 түседі және әрі қарай ректификациялау тізбегінің 3 әртүрлі деңгейіне түседі. Төменгі фракцияларды 4 қайнатушыда қыздырады және содан соң қайтадан ректификациялау тізбегіне түсіреді. Бұл жағдайда ең ауыр бөлік қайтнатушыдан тізбектің төменгі жағына түсіріледі, және сұйық тұнбамен бірге, әрі қарай ауыр фракцияларды өндеуге жіберіледі. Ал жеңіл фракциялар жоғарыдан тоңазытқыш-конденсаторға түсіп, және әрі қарай 6 аккумулятордан ішінара кері тізбекке суландыру үшін түседі, ал ішінара жеңіл фракцияларды әрі қарай өндеу үшін жіберіледі. Алынатын өнімнің санына байланысты, ректификациялау тізбектері қарапайымды және күрделі болып бөлінеді. Біріншіден, ректификациялауда екі өнім алынады, мысалы жанармай және жартылай мазут. Екіншілері үш және одан да көп өнімдерді шығаруға бағытталады. Олар бір бірімен жалғас қосылған қарапайым тізбектерді сипаттайды, олардың әрқайсысы өзіне түсетін қоспаны екі компонентке бөліп отырады. Айдап шығаратын немесе бумен өндейтін секция шикізатты ендіретін жерден төмен орналасады. Бөліну үшін ыдысқа берілетін шикізат қоректендіру ыдысы деп аталады. Айдап шығаратын секциясының мақсатты өнімі болып,сұйық қалдық саналады. Концентрациялау немесе бекіту секциясы қоректендіру ыдысының үстінде орналасады. Бұл секцияның мақсатты өнімі болып ректификат буы саналады. Ректификациялау тізбегінің концентрациялау секциясының қалыпты жұмысына суландыру және жылу беру (қайнатушы арқылы), немесе айдап шығу секциясына өткір су буын ендіру қажет болады.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.1-сурет. Периодты жұмыс жасайтын қондырғының принципті схемасы:
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1-айдаушы кубы, 2-ректификациялық қондырғы, 3-конденсатор-тоңазытқыш, 4-аккумулятор, 5-тоңазытқыш, 6-сораптар
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.2-сурет. Үздіксіз әрекеттегі қондырғының принципті схемасы:
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1-жылуалмастырғыш, 2-қыздырғыш, 3-ректификациялық колонна, 4-қайнатушы, 5-конденсатор-тоңазытқыш, 6-аккумулятор
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Ректификациялық колоннада әр табақша арқылы 4 ағын өтеді:
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.Жоғарыда орналасқан тәрелкеден төмен ағатын сұйық-флегма;
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
2.Төменде орналасқан тәрелкеден келетін бу;
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
3.Төменде орналасқан тарелкеге ағатын сұйық-флегма;
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
4.Жоғарыда орналасқан тәрелкеге көтерілетін бу;
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Ректификациялық колоннаның құрылысы жоғары көтерілетін будың жартылай конденсациялауына, сөйтіп табақшаларда жиналуына мүмкіндік береді. Жиналған сұйық фракция арнайы ағын арқылы төмен ағып кетеді. Қалған бу түріндегі өнімдер сұйық арқылы өтіп,жоғары көтеріледі. Көтерілу булары мен төмен түсетін сұйық (флегмамен) арасында жанасуды қамтамасыз ететін құрылымының ішкі құрылысына сәйкес ректификациялау тізбектері қондырылмалы, табақшалы, роторлы және т.б болып бөлінеді. Қысымға байланысты олар: жоғарғы қысымдық ректификациялау, атмосфералық және вакуумдық тізбектеріне бөлінеді.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Біріншілері мұнайды және жанармайды тұрақтандыру, және оларды крекинг қондырғыларында газофракциялауда және гидрогенизациялауда қолданылады. Атмосфералық және вакуумдық ректификациялау тізбектері негізінде мұнай қалдықтарын, қалдық мұнай өнімдерін және дистилляторларды айдауда қолданылады. Бұларды және сұықтарды біркелкі бөлу үшін қондырмалы тізбектерде қондырғы ретінде шарлар, призмалар, пирамидалар, цилиндрлер (әртүрлі материалдардан жасалған)-әдетте тығыздалған көмір шаңынан жасалынады, олардың сыртқы диаметрлері 6-дан 70 мм дейін және бетінің ауданның көлеміне қатынасы 500-ден бастап жоғары. Қондырғыны себу арқылы арнаулы табақшаларға орнатады, олардың бу және флегманың ағып өту үшін тесіктері болады. Қондырғыларды қолданудың мақсаты болып, бірін-бірі қаныстыру үшін флегма мен булардың бір-бірімен жанасу ауданын ұлғайту болады. Қондырмалы тізбектің дұрыс жұмыс атқаруы үшін өте мәнді болып ағып түсетін флегма мен булардың тізбекті көлденең кесу бойынша біркелкі таралуы болады. Бұдан жақсы әсерді қондырғы денесінің біркелкілігі, жоғары шығатын бұлар ағымының мүмкін болатын ең үлкен жылдамдығы, қондырғы қабаттарының біркелкі бөлінуі және тізбектің қатаң түрдегі тіктігі тигізеді. Тәжірибеде мүмкін болған булар мен флегмалардың алғашқы біркелкі бөлінуі бұзылады, себебі бу сұйықты тізбек қабырғасына шығаруға және қондырғының ортасы арқылы жылжи отыруға ұмтылады. Осыған байланысты, қондырғы бірнеше қабатқа бөлінеді, ал қондырғылар орналасатын табақшалардың арнаулы конструкциясы болады, олар қайтадан ағымдарды қондырғынын әрбір қабатынан кейін біркелкі қайта бөлуге мүмкіндік жасайды. Қондырмалы тізбектерді пайдаланудың тиімділігі өте жоғары болады, дегенмен де қолайсыздықтар да бар: қондырғыны кезең-кезенде тізбектен шайырлық бөлшектерден бірте-бірте оларды қамтып алатын және оның сулануын төмендететін тазарту үшін шығарып алып отыру керек, сонымен қатар қондырмалы тізбектерді қолдану будың белгілі бір қысымын және түсетін флегманың мөлшерін ұстай тұру үшін өте қатаң талаптарды алға қояды. Тізбекте будың қысымы төмендеуде флегманың ағып түсуі жылдамданады және бу мен сұйықтың бірімен-бірінің жанасу беті күрт төмендейді. Будың қысымының өсуінде флегманың ағып түсуі баяулайды, бұл оның қондырғының жоғарғы қабатында жинақталуына және будың тізбектің төменгі жағында жабылып қалуына келтіреді (тізбектің булығуына). Бұл бу қысымының тізбектің төменгі жағында одан да әрі көтерілуіне алып келеді және қиын сәтте бу флегма арқылы тізбектің жоғарғы бөлігіне өтеді. Тізбектің булығу салдарынан бу мен сұйықтың жанасу бетінің күрт төмендеуі орын алады. Табақшалы тізбектерде (1.3. - сурет) бу ағымымен флегманың жанасу бетін көтеру үшін қондырғының орнына арнаулы құрылымдағы көптеген табақшаларды қолданады. Флегма табақшадан табақшаға төмен жіберетін құбырлар арқылы ағып түседі, бұнда аралықтар, табақшадағы сұйық қабатының тұрақты деңгейін қамсыздандырып тұрады. Бұл деңгей қалпақтар шеттерін флегмаға салынған жағдайда ұстап тұрады. Аралықтар келесі табақшаға ағып түсу үшін түсетін флегманың артық мөлшерін ғана жібереді. Табақшалы тізбектің әрекект принципі-бу мен флегманың бірін-бірінің қанықтыруы саналады бу қысымымен флегма қабаты арқылы төменнен жоғары қарай әрбір табақшаға өту есебінен. Будың флегмадан өте майда көпіршік ретінде өтуі есебінен бумен сұйықтың жанасу беті өте биік болады.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.3 сурет. Ректификациялық колоннадағы бу мен сұйықтықтың қалпақты табақшалар арқылы контактілеу
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Табақшалар құрылымы сан алуан келеді.Торлы,шарбақты, каскадты,клапанды, инжекционды және комбинацияланған табақшалар қолданылады. Табақшалар құрылымын нақты технологиялық талаптарға байланысты тандайды. Қазіргі кезде мұнайды өндеу үшін пайдаланылып жүрген қондырғыларда қарапайым колонналармен бірге күрделі колонналарда қолданылып жүр. Күрделі колонналар бірнеше қарапайым колонналардан құралған. Мысалы бүйірінен шығарылған айдау секцияларлы күрделі ректификациялық колонналар (5-сурет)
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Мұнайды өндеу бағытына қарай өндірісте ректификация процесін күрделі колонналардың әртүрлі комбинациялары іске асады. Шикізаттардың және арадағы өнімдердің ауысуына байланысты күрделі ректификациялық колонналардың, мысалы тізбектелген және асылмалы түрлері болады.(1.5-сурет). Тізбектелген колонналарда әрбір кейінгі колоннаның ауыр өнімі біржолы өткен колоннаның флегмасы болып келеді (1.5-сурет, а). Асылмалы колонналарда негізгі колоннаға оның әртүрлі деңгейлерінен тіркелген көмектес колонналарға қосымша тазалауға дистилляттар келеді. Көмектес колонналардың қалдықтары қайтадан негізгі колоннаға түседі. (6-сурет,б)
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.4-сурет. Бүйірінен шығарылған айдау секциялары күрделі ректификациялық колоннаның сызбанұсқасы.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
І-шикізат, ІІ-ректификат, ІІІ, ІV, V - бүйірінен шығарылған өнімдер,
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
VІ-қалдық, VІІ-су буы
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.5-сурет. Асылмалы колонналар
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
а) колонналардың тізбектелген және б) асылмалы схемалары
1.2 Азеотропты қоспаларды бөлу әдістері [3]
Қайнау температуралары жақын бар компоненттерден тұратын және салыстырмалы ұшпалық коэффициентінің аз мәнімен сипатталатын қоспаларды бөлу үшін бағанда көптеген тақтайшалар қажет болады. Мұндай қоспаларды бөлу кезінде флегма сандары үлкен болады, яғни энергия шығыны - кубтағы жылу, конденсатордағы салқындатқыш сұйықтық. Егер қоспа азеотропты құраса, онда оны әдеттегі ректификация әдісімен іс жүзінде таза компонентке бөлу мүмкін болмайды (компоненттердің біреуін (х0) және хаз азеотроп құрамына жақын қоспаны алуға болады). Бұл жағдайда ректификацияның арнайы әдістерін қолдану қажет:
1. әр түрлі қысымда жұмыс істейтін бағандар кешенінде бөлу;
2. экстракциялық ректификация;
3. азеотропты және гетероазеотропты ректификация.
1.2.1 Азеотропты қоспаларды әртүрлі қысыммен жұмыс істейтін бағандар кешенінде бөлу [4]
Азеотропты қоспаларды бөлу үшін физикалық - химиялық сипаттағы шектеулерді жеңуге және қажетті тазалық өнімдерін алуға мүмкіндік беретін функционалды кешендер қолданылады. Кешендердің бір бөлігі бөлу аймақтары арасында шоғырлану өрістерін қайта бөлу принципіне негізделген. Бұл принциптің ерекше жағдайы- шоғырлану өрістерін ректификация аймақтары арасында қайта бөлу принципі. Бұл принцип қысымның өзгеруімен азеотропты қоспалардың құрамын өзгертуге негізделген азеотропты қоспаларды бөлу мысалдарында айқын көрінеді. Әр түрлі қысымдағы азеотроптардың құрамы әр түрлі, ал қысымға байланысты қуат алу құрамы бір немесе басқа ректификация аймағына жатуы мүмкін. Дәл осы қасиет азеотропты қоспаларды бөлуге арналған екі бағандық кешендерде қолданылады, онда бағандар әртүрлі қысым кезінде жұмыс істейді. Жалпы жағдайда рециклдің мөлшері бөлінуге түсетін бастапқы қоспаның құрамына және екі таңдалған қысым кезінде азеотроптардағы А компонентінің концентрациясының айырмашылығына байланысты, ал бұл айырмашылық неғұрлым аз болса, рецикл соғұрлым көп болады. Бинарлы қоспаның мұндай кешеніндегі таза компоненттерге бөлінудің міндетті шарты - бірінші бағаннан шығатын азеотроптағы А компонентінің жоғары мөлшері, оның екінші бағаннан шығатын және біріншісіне кіретін азеотроптағы құрамымен салыстырғанда. Вревскийдің заңына сәйкес температураның бір градусына түсетін азеотроп құрамының өзгеруі компоненттердің булануының молярлық жылуының айырмашылығына байланысты болғандықтан, бөлу әдісі неғұрлым тиімді болса, бөлінетін қоспалардың булану жылуы соғұрлым әр түрлі болады.
1.2.2. Бөлетін агенттерді қолдану арқылы азеотропты қоспаларды ректификациялау әдістері [5].
Бөлетін агенттерді таңдау
Азеотропты және экстрактивті ректификация процестері үшін бөлгіш агенттерді таңдау кезінде бөлінуге жататын жүйенің қасиеттері ескерілуі тиіс.
Бөлгіш агенттер келесі талаптарды қанағаттандыруы керек:
1. берілген қоспа компоненттерінің қалаулы бағыттағы салыстырмалы ұшпалылығының өзгеруі;
2. бөлінетін жүйенің компоненттері бар қоспалардан регенерация жеңілдігі;
3. қолданудағы қауіпсіздік, қол жетімділік және арзандық;
4. берілген қоспаның компоненттеріне қатысты инерттілік, аппаратураны коррозиялауға немесе қыздырғанда ыдырауға қабілетсіздік.
2, 3 және 4-тармақтарда жазылған талаптарды қанағаттандыруға байланысты мәселелер әдеттегі технологиялық мәселелердің қатарына жатады. Олардың шешімі негізінен бөлінген жүйенің қасиеттерімен анықталады. Ең қиын міндет, бірінші талапты қанағаттандыратын бөлгіш агенттерді таңдау.
Бөлгіш агенттерді таңдаудың барлық белгілі әдістерін екі топқа бөлуге болады:
1. берілген қоспаның компоненттері мен болжамды бөлу агенттері түзетін ерітінділердің қасиеттері туралы деректерді пайдалануға негізделген әдістер;
2. компоненттердің қасиеттері туралы мәліметтерді қолданатын әдістер.
Барлық жағдайларда бөлуші агент ретінде қандай да бір заттың қолданылуын анықтау үшін осы зат пен берілген қоспаның компоненттері түзген бинарлы жүйелердің жетілмегендігі дәрежесін бағалауды негізге алған жөн. Азеотропты ректификация процестерінде қолданылатын бөлгіш агенттердің ерекшелігі, олар бастапқы қоспаның компоненттерімен азеотропты түзуі керек. Осыған байланысты азеотроптардың болуы мен қасиеттерін қосымша анықтау қажет.
Бөлу агенттерін таңдау әдістерін салыстырмалы бағалау [5].
Бөлгіш агенттерді таңдау әдістері берілген қоспаның компоненттері мен болжамды бөлгіш агент құрған бинарлы жүйелердің жетілмегендігі дәрежесін салыстырмалы бағалауға негізделген. Демек, осы бинарлы жүйелердегі Рауль заңынан ауытқулардың сипаты мен мөлшерін неғұрлым сенімділікпен бағалауға мүмкіндік беретін әдістер ең сенімді деп саналуы керек.
Ерітінділердің қасиеттерін, ең алдымен қоспалардың қайнау температурасы, азеотроптардың құрамы мен қайнау температурасы және ерігіштігі сияқты әдістерді қолданған жөн. Бұл әдісті зерттеу және зауыттық зертханаларда кеңінен қолдануға байланысты газ-сұйық хроматография көмегімен бөлгіш агенттерді таңдау өте тиімді және ыңғайлы.
Бөлгіш агенттерді таңдаудың әртүрлі әдістерін салыстыра отырып, ерітінділердің барлық қасиеттері бір-бірімен байланысты екенін және олардың мәні компоненттердің қасиеттері мен олардың өзара әрекеттесу қарқындылығымен анықталатынын есте ұстаған жөн. Сондықтан идеалдан ауытқулардың сипатын бір емес, бірқатар қасиеттер бойынша бағалауға болады.
Бөлу агентін таңдау үшін келесі жол ұсынылуы мүмкін. Ең алдымен, бөлінетін қоспаның құрамдас бөліктерінің қасиеттері туралы мәліметтерді, сондай-ақ бөлетін агенттердің химиялық үйлесімділігіне қатысты шектеулерді анықтау және берілген қоспаның жетілмегендік дәрежесін ескере отырып, оларға қойылатын негізгі талаптарды анықтау үшін сұйықтық пен будың тепе-теңдік жағдайларын қарастыру қажет.
Содан кейін сұйықтық пен бу арасындағы тепе-теңдік, азеотропты қоспалар және берілген қоспаның компоненттерінен құралған жүйелердегі ерігіштік туралы мәліметтерді талдау қажет. Егер ерітінділердің қасиеттері туралы тиісті мәліметтер болмаса немесе жеткіліксіз болса, онда полярлық, сутегі байланысы немесе PI - кешендердің пайда болуы туралы идеяларды басшылыққа ала отырып, бөлу агенттері ретінде тәжірибе алу қызықты қосылыстардың кластарын белгілеу керек.
Әр түрлі бөлуші агенттерді салыстырмалы бағалау кезінде, әрине, техникалық-экономикалық факторлар ескеріледі - құны, қол жетімділігі, коррозияға жарамдылығы, уыттылығы, өрт қауіптілігі және т. б.
Экстрактивті ректификация [3].
Бөлуге қиын бинарлы қоспаны жеткілікті таза компоненттерге бөлу керек болсын(α--1 немесе азеотроп бар). Мұндай қоспаға арнайы таңдалған компонент (әдетте ұшпалылығы қиын) қосылады, ол бастапқы қоспаның құрамдас бөліктерінің бірін (мысалы, В компоненті) таңдап ерітеді, ал екіншісін (А компоненті) аздап ерітеді. Басқаша айтқанда, жүйеге үшінші компонентті енгізу бинарлы қоспаның еритін компонентінің рв буларының икемділігін едәуір төмендетеді, осылайша салыстырмалы ұшпалылық коэффициентін арттырады: α'АВαАВ бөлінетін қоспа. Бұл ректификация әдісі экстрактивті ректификация деп аталады, ал қосымша компонент -- бөлу немесе экстракциялайтын агент.
Бөлу компоненті болған кезде бинарлы қоспаның тепе-теңдік сызығы 1.1 суретте көрсетілген. (тұтас сызық) онсыз тепе-теңдікпен салыстырғанда (штрихтік сызық). Бөлінетін компоненттің сандық әсері, бірдей жағдайда, оның бөлінетін қоспадағы концентрациясымен анықталады. Сондықтан тепе-теңдік сызығында үздіксіз ректификация жағдайында бу фазасында концентрациялардың секіруі байқалады (абсцисса х1 нүктесінде), бұл бағанға бастапқы қоспаны беру кезінде сұйықтықтағы экстракциялайтын агент концентрациясының өзгеруіне байланысты.
Сурет.1.5. Экстракциялық агентінің қатысуымен тепе-теңдік диаграммасы және теориялық сатылардың құрылысы.
Экстракцияланатын агентке бөлінетін қоспаның бір компонентін таңдалған ерітуден басқа бірқатар талаптар қойылады; осы талаптардың негізгілері:
1. ол бастапқы қоспаның компоненттерімен азеотроптар жасамауы керек (оның регенерациялануы және таза компоненттерді алу үшін оларды кейіннен қиындықсыз бөліп алу үшін);
2. ол бастапқы қоспаның құрамдас бөліктерінен қайнау температурасында айтарлықтай ерекшеленуі керек, яғни бастапқы қоспаның ЖҚК-ке қарағанда айтарлықтай ұшпалылығы қиын болуы керек немесе (бұл сирек кездеседі) бастапқы қоспаның ТҚК-ке қарағанда әлдеқайда жеңіл ұшпалылығы болуы керек (бұл оны үлкен энергия мен капиталды шығындарсыз шығаруға мүмкіндік береді).
Сурет 1.2, В компонентін жақсы ерітетін, С компонентін қосу арқылы экстрактивті ректификация әдісімен А + В бастапқы қоспасын бөлу схемасы ұсынылған. С компоненті 1-бағанның жоғарғы тақталарының біріне беріледі және флегмамен бірге бағанадан төмен түседі. В компонентін ерітіп, С бөлетін агент оның буларының икемділігін төмендетеді және А және В бөлінуіне ықпал етеді. 1-бағанның жоғарғы өнімі - берілген тазалықтың А компоненті, ал төменгі өнім В + С қоспасы. Сорғы 3-пен бұл қоспа 2-бағанға беріледі, онда В (жоғарғы өнім) және С (төменгі өнім) компоненттері әдеттегі ректификация әдісімен алынады.
Сонымен қатар, 2-баған, әдетте, кішкентай биіктікпен ерекшеленеді және аз флегма санымен жұмыс істейді, өйткені В және С компоненттері қайнау температурасында айтарлықтай ерекшеленеді (экстрациялайтын агенттке қатысты екінші талапты қараңыз). Сорғы 4 бар С экстракция агенті 1-бағанға беріліп, циклді С компонентіне сәйкес жабады.осы схемадағы жұмыстың нәтижесі бастапқы А+В қоспасын А және В жеке компоненттеріне бөлу болып табылады, ал осы өнімдермен бөлінетін С компоненттің кейбір шығындары өтеледі.
Сурет 1.6. Экстракциялық ректификациялауға арналған қондырғы схемасы: 1,2 - ректификациялық бағаналар (колонналар), 3,4 - сорғылар, 5 - қайнатқыштар, 6 - конденсаторлар; I - салқындататын су, II-қыздыратын бу, III - конденсат, IV-экстрацияланатын агенттің шығындарын толықтыру.
Егер экстракция агенті оңай ұшатын болса, яғни ол ең төменгі қайнау температурасымен сипатталады (ttA) 1 - бағанға ол төменнен беріледі және жоғарыдан төмен қайнаған А компонентімен бірге шығарылады. Жоғары қайнаған В компоненті 1-бағанның түбінен шығарылады, ал А+С қоспасы 2-бағанға бөлінеді.
Өнеркәсіпте экстракциялық ректификацияны қолдану мысалдары.
Изопрен алу әдісі.
Өнеркәсіпте экстрактивті ректификация негізінен бөлу үшін қолданылады.
[6] -те С4 көмірсутегі фракциясының құрамындағы изобутиленді сумен қышқыл катализатордың қатысуымен реакциялау арқылы изопренді алу әдісі ұсынылады, құрамында көбінесе түзілетін трет-бутанол бар ағынды бөліп, нәтижесінде алынған трет-бутанолдың формальдегидпен өзара әрекеттесуі жоғары температура мен қысым кезінде қышқыл катализатордың қатысуымен реакциялық массаны су және май қабатына бөле отырып және ректификацияны және мүмкін су шаюды пайдалана отырып, май қабатынан изопрен бөле отырып қышқылды катализатордың қатысуымен жүзеге асырылады. Изопрен алынған трет-бутанолды селективті еріткіш ретінде пайдалана отырып, кейіннен қаныққан еріткіштен оттегі бар қосылысты десорбциялай отырып және десорбцияланған еріткішті формальдегидпен өзара әрекеттесуге бере отырып, құрамында оттегі бар қосылыстардан экстрактивті ректификациялаумен тазартылады. Қаныққан еріткіштен 30-95% оттегі бар қосылыстарды десорбциялайды. Тазартуға берілетін изопреннің құрамында 2,0-20 % мас. трет-бутанол. Алынған трет-бутанол, құрамында 15 % мас. судың экстрактивті ректификация колоннасының жоғарғы бөлігінен жоғарыдан немесе бүйірлік ағын ретінде шығарылатын изопреннің сұйық ағынымен байланысады, содан кейін изопрен мен трет-бутанолдан тұратын төменгі қабат бөліп, экстрактивті ректификация колоннасының жоғарғы бөлігіне жіберіледі.
Изопренді тазарту әдісі.
[7] изопренді стереорегулярлық полимерлеуге кедергі келтіретін қоспалардан тазарту әдісі ұсынылады, құрамында 0,005-10 % мас сілтілі металл гидрототығы. Процесс технологиясын жеңілдету және энергия шығынын азайту мақсатында изобутилен мен формальдегидтен өндіру процесінде диметилдиокса нды изопренге синтездеу немесе ыдырау кезеңдерінде пайда болатын жоғары қайнаған жанама өнім немесе изобутилен мен формальдегидтен изопренді бір сатылы өндіру процесінде пайда болатын жоғары қайнаған жанама өнім бөлгіш агент ретінде пайдаланылады.
1,3-диоксоланды бөлу және тазарту әдісі.
Өнертабыс [8] 1,3-диоксоланды бөлу және тазарту әдістеріне қатысты. Этиленгликольдің формальдегидпен (триоксан, параформ, формалин) өзара әрекеттесуі кезінде түзілетін су ерітінділерінен.
1,3-диоксоланды кептіру процесінен сілтілі жуу сатысын алып тастау және 1,3-диоксолан-су азеотропты қоспасын бөлу технологиясының экологиялық тазалығын арттыру есебінен технологиялық процестің шығуын ұлғайту және технологиясын оңайлату мақсатында экстрагент ретінде этиленгликольді пайдалана отырып, экстракциялық ректификациялауды жүргізеді. Ұсынылған өнертабыс полимерлер мен сополимерлер өндірісінде қолданылатын 1,3-диоксолан алу үшін пайдаланылуы мүмкін,
Қайнаған көмірсутектердің қоспаларын бөлу әдісі.
Авторлар [9] қайнаған көмірсутектердің қоспаларын экстрактивті ректификация арқылы бөлу әдісін ұсынды. Экстрагент ретінде ацетонитрил немесе оның сумен және басқа да экстрагенттермен қоспалары пайдаланылады, содан кейін аммиак қатысуымен ацетонитрилден көмірсутектерді десорбциялайды. Ацетонитрил мен аммиактың жоғалуын азайту мақсатында десорбция сумен он есе (7,1-11) сұйылтқан кезде десорбциядан кейін ацетонитрилдің рН қамтамасыз ететін мөлшерде негізгі диссоциация константасы 1∙10ˉ6-1∙10ˉ1 болатын құрамында азот бар органикалық қосылыстардың қатысуымен жүзеге асырылады.
С4-С5 көмірсутектерді бөлу әдісі.
Авторлар [10] С4-С5 көмірсутектерін ацетонитрилдің және оның су мен аммиак қоспаларының қатысуымен көмірсутектерді сумен жуып, ацетонитрилді жуу суларынан тазарту арқылы бөлу әдісін ұсынды, сонымен қатар технологияны жеңілдету және жабдықтың коррозиясын азайту үшін процесс сілтілі металл гидрототығының қатысуымен жүзеге асырылады. Экстрагенттегі гидрототықтың концентрациясы 0,0001-0,001 % мас құрайды немесе жуу суында 0,0001-0,01 % мас.. Мүмкін, процесс сілтілі металл нитритінің немесе органикалық аминнің қатысуымен, оның концентрациясы 0,0001-0,01 % мас. , ал жуу суында-0,0001-0,1 % мас..
Пентафторэтан алу процесі.
[11] жұмыста пентафторэтан (ПФЭ) оның хлорпентафторэтан (ХПФЭ) қоспасынан ең аз теориялық тақтайшалармен экстрактивті ректификация үшін бағанға шығаруға арналған процесс ұсынылады. Еріткіш ретінде С1-4 спирттері, С2-6 эфирлері, С3-7 кетондары қолданылады. Концентрацияланған ПФЭ колоннаның төменгі бөлігінде іріктеледі және қосымша ректификациядан өтеді, ХПФЭ мен қолданылатын еріткіш қоспасы колоннаның жоғарғы жағында шығарылады.
Бензолды қанықпаған көмірсутектерден тазарту әдісі.
[12] бензолды қанықпаған көмірсутектерден тазарту әдісі сипатталған, қанықпаған көмірсутектер бензолдан ДМФ-дан экстрактивті ректификация кезінде жоғарғы өніммен бөлінеді, содан кейін олар 0,0001-0001% мас. болған кезде t=150-170°С кезінде олигомеризацияға ұшырайды, бензолға есептегендегі бензосульфоқышқылдар, одан кейін олигомерлерден бөлінген бензолды бензолмен біріктіріп, экстрактивті ректификация колоннасының төменгі өнімінен бөлініп, тиофеннен белгілі әдістермен тазартылған. Техникалық нәтиже-негізгі заттың құрамы 99,90% - дан кем емес, тазартудың жоғары дәрежелі нысаналы өнімін ала отырып, процесті оңайлату және оның тиімділігін арттыру.
Ароматты көмірсутектерді олардың ароматты емес қоспаларынан бөліп алу әдісі.
Патентте [13] ароматты көмірсутектерді ароматты емес көмірсутектері бар қоспалардан сұйық экстракция немесе гликоль, су және еріткіш негізіндегі селективті экстрагенттермен экстрактивті ректификация арқылы бөліп алу әдісі ұсынылған. Еріткіш ретінде m=2-8, m=175-190 жалпы формуласы CH3(CH2CH2O)m монометилді олигоэтиленгликольдердің қоспасы қолданылады. Монометилді эфирлердің қоспасы қолданылады.
Азеотропты ректификация [3].
Азеотропты ректификациялау әдісі салыстырмалы ұшпа коэффициенті аз қоспалар үшін де, азеотропты түзетін қоспалар үшін де (оның ішінде азеотропты қоспаларға жақын құрамдар кезінде) қолданылады. Экстрактивтіден айырмашылығы, азеотропты ректификация кезінде С бөлетін агент, егер ол азеотропты болса, бастапқы қоспаға қарағанда компоненттердің басқа қатынасы бар бөлінетін қоспаның қандай да бір компоненттерімен азеотропты құрайды. Бөлгіш агенттер ретінде А және В компоненттері бар гомоазеотроптарды құрайтын заттарды (бұл қайнау температурасының максимумы немесе минимумы бар азеотроптар болуы мүмкін) немесе бөлгіш агент С бар бөлінетін А және В компоненттерінің үштік қоспалары болып табылатын гетероазеотроптарды қолдануға болады. Барлық жағдайларда азеотропты ректификация бағанындағы бөлінетін қоспаның құрамдас бөліктерінің бірін іс жүзінде таза түрде алуға болады.
Сурет 1.3 ең төменгі қайнау температурасы бар гомоазеотропты А компонентімен түзетін С бөлгіш агентімен жұмыс жасау кезінде азеотропты ректификацияны орнатудың схемасы көрсетілген. С бөлетін (азеотропты түзетін) агент 1 - бағанға А + В бастапқы қоспасының берілу нүктесінен жоғары емес, көбінесе-бастапқы қоспамен бірге беріледі. Бағанның жоғарғы жағында гомоазеотроп түрінде А + С қоспасының буы 3 конденсаторда конденсацияланады, ал төменгі жағында - кубтық қалдық ретінде - таза В компоненті. Азеотропты ректификация бағанынан шыққан гомоазеотропты (ерекше торапта 2) қажетті тазалықтағы А компонентіне және бөлуші агентке бөлуге жатады. Соңғысы азеотропты ректификация бағанына қайта оралады.
Сурет 1.7 Азеотропты ректификациялауға арналған қондырғы схемасы: 1 - азеотропты ректификациялауға арналған колонна (бағана), 2 - А және С компоненттерін бөлу торабы, 3 - конденсатор, 4 - қайнатқыш; I - салқындататын су, II-қыздыратын бу, III - конденсат, IV-бөлуші агент шығындарының орнын толтыру.
Азеотропты ректификация тізбектеріндегі ең күрделі және энергияны қажет ететін азеотропты қоспаны бөлу торабы болып табылады.
Гетероазеотропты құрайтын бөлгіш агент көмегімен А + В қоспасын бөлу оңайырақ. Соңғысы конденсациядан кейін олардағы бөлінетін компоненттердің әртүрлі қатынасы бар екі сұйық қабатты құрайды. Екі қабаттың құрамындағы бұл айырмашылық гомоазеотроптың пайда болуымен салыстырғанда ректификациялық бағанның өзі (және оның биіктігі) қажетті бөлу қабілетінің төмендеуімен бірге жүреді. Гетероазеотроптың қайнау температурасы әрқашан А және В компоненттеріне қарағанда төмен.
Гетероазеотроптардың ерекшелігі - бу құрамы мен сұйықтықтың жалпы құрамының теңдігі.
Гетероазеотропты қоспаны қабаттау және деканттау флоренция ыдысында жүзеге асырылады, бұл жеңіл және ауыр сұйықтықтың қабаттарын бөлек алып тастауға мүмкіндік береді.
Сурет 1.4 гетероазеотропты ректификацияға арналған қондырғы схемасы ұсынылған, флегма ретінде флоренциялық ыдыста конденсатты қабатталғаннан кейін сұйықтық қабаты қолданылады. А+В бастапқы қоспасы (1-ағын) кез-келген құрамдағы азеотропты түзуші болуы мүмкін, оның ішінде азеотропты қоспаға жақын, ол 1-бағанға беріледі. Егер гетероазеотропты қоспаның жұптарындағы АВ қатынасы бастапқыға қарағанда үлкен болса, онда жоғары қайнаған В компоненті осы бағаннан кубтық өнім ретінде шығарылады. Жоғарыдан шыққан үштік азеотроп жұптары 3 конденсаторда конденсацияланады. Конденсаттың қабатталуы флоренциялық 6-ыдыста жүреді. Бұл тепе-теңдік қабатталумен қатар бинарлы қоспаны таза компоненттерге бөлудің жалпы процесіне айтарлықтай үлес қосады.
Бір қабат (жоғарғы, А компонентінің мөлшері аз) 1-бағанға флегма ретінде оралады. Екінші қабат (схемада - төменгі, А компоненті көп) 2-бағанға жіберіледі. Гетероазеотроптың қайнау температурасы А компонентінен аз болғандықтан, гетероазеотроп жұптары 2 бағанының үстіне шығады. Олар 3 ' конденсаторға жіберіледі-көбінесе бұл екі бағанға ортақ. 2-бағанның төменгі жағынан берілген тазалықтағы А өнім алынады; соңғысы 2-бағанның биіктігіне байланысты, ол іс жүзінде оңай ұшатын гетероазеотроп сұйықтықтан шығарылатын айдау бағанасы болып табылады.
Сурет 1.8 Гетероазеотропты ректификацияны орнатудың негізгі схемасы. 1,2-бағандар, 3, 3'- конденсаторлар, 4,5 - қайнатқыштар, 6 - флоренция ыдысы, I-бастапқы қоспа; о, II - тиісінше 1 және 2 - бағандардағы кубтық қалдықтар; III, IV - 1 және 2-бағандардан бу құрамы; V, VI-сұйықтықтың тепе-тең қабаттарының құрамы.
Мұндай кешен, атап айтқанда, н-бутил спирті - су, винилацетат - су, май альдегид - су сияқты гетероазеотропты қоспаларды бөлу үшін қолданылады.
Дәл осындай кешен гомоазеотропты қоспаларды бастапқы қоспаның компоненттерімен гетероазеотропты құрайтын жаңа компоненттерді қосу арқылы бөлу үшін қолданылады. Мұндай бөлінудің мысалы көмірсутектер (бензол, толуол, гексан) болған кезде спирттердің (этил, изопропил) гетероазеотропты құрғауы болуы мүмкін. Мысалы, изопропил спиртін өндіру кезінде оны құрғату гетероазеотропты ректификацияның қабаттасуымен үйлескен кезде осындай кешенде жүзеге асырылуы мүмкін [4].
1.3. Зеотропты және азеотропты қоспаларды бөлу үшін күрделі бағандарды пайдалану
Күрделі бағандарға бүйірлі іріктеулері бар бағаналар, бірнеше қоректендіруі бар бағаналар, сондай-ақ толық немесе ішінара байланысқан (бүйір секциялары бар бағаналар) жылу және материалдық ағындары бар бағаналар жатады. Күрделі бағандарды бөлу кешенінің элементтері ретінде пайдалану бөлу процесін ұйымдастырудың мүмкін нұсқаларының санын күрт арттырады.
Байланысты жылу ағындары бар кешендер бірқатар өнеркәсіптік қоспаларды бөлуге қатысты зерттелді.
Оларды изо-С4, н-С4, изо-С5, н-С5 қоспаларын бөлу үшін газ фракциялау қондырғыларында пайдалану энергия шығынын шамамен 50% - ға азайтуға мүмкіндік береді [14].
Осындай нәтижелерді бензинді екінші рет айдау қондырғыларында жылу ағынымен байланысқан кешендерді қолдану арқылы беруге болады.
Мұнай өңдеуде кеңінен таралған булау секциялары шығарылатын колонналар (мұнайды бастапқы айдау, каталитикалық крекинг, ароматты көмірсутектерді бөлу, бензиндерді бастапқы айдау қондырғылары және т.б.) және шығарылатын нығайтатын секциялары бар колонналар (мысалы, азот, аргон және оттегі ала отырып ауаны бөлуге арналған кешендер) жылу ағынымен ішінара байланысқан кешендер ретінде жіктелуі керек. Ішінара байланысқан жылу ағындары бар өнеркәсіптік кешендер сурет 1.5 көрсетілген. Бұл кешендер жылу ағындары мен әдеттегі ректификация схемалары бар кешендер арасында аралық орын алады. Бөлу схемасы бойынша-бұл ауыр компоненттердің (шығарылатын булау секциялары бар колонналар) немесе жеңіл компоненттердің (шығарылатын нығайтатын секциялары бар колонналар) тізбекті бөліну схемалары. Бұл тізбектерде бір жалпы дефлегматор және бірнеше қайнатқыштар бар (мұнайды бастапқы айдау қондырғыларындағы қайнатқыштардың орнына булауды өткір су буымен пісіру қолданылады) немесе бір жалпы қайнатқыш және бірнеше дефлегматор бар. Ішінара байланысқан жылу ағындары бар кешендердегі бөлудің энергия шығындары толығымен байланысқан жылу ағындары бар кешендердегі шығындар арасындағы орташа болып табылады.
Сурет 1.9. Ішінара байланысқан жылу ағындары бар өнеркәсіптік ректификациялық кешендердің схемалары: а-шикі мұнайды фракцияларға бөлуге арналған бүйірлі булау секцияларымен; б-ауаны оттегіге, азотқа және аргонға бөлуге арналған бүйірлі нығайтушы секциямен [14].
Жақында әдебиеттерде бүйірлік іріктеуі (БІ) бар бір күрделі бағанда бинарлы азеотропты қоспаларды экстрактивті ректификациялау процесін ұйымдастыру мүмкіндігі туралы ақпарат пайда болды. Бұл әдіс классикалық схемамен салыстырғанда энергия шығынын азайтуға мүмкіндік береді, бірақ сонымен бірге өнім ағындарының сапасының төмендеуі байқалады.
Жұмыста [15] бинарлы азеотропты қоспаларды экстрактивті ректификацияның жаңа әдісімен бөлу ұсынылады. Бұл жағдайда үш компонент экстрактивті бағанның әртүрлі бөліктерінде ерекшеленеді (сурет 1.6 қараңыз). Орташа қайнаған компонент бүйірлі таңдау ретінде бу фазасында таңдалады. Бұл әдісті еріткіш жоғары қайнайтын жағдайда ғана қолдануға болады, бұл тәжірбиеде кездесетін әдеттегі жағдай. Мысал ретінде авторлар [15] этиленгликольді экстрактивті агент ретінде қолдана отырып, этанол - су қоспасын бөлу процесін қарастырды.
а б
Сурет 1.10. Экстрактивті ректификацияның әдеттегі процесі (а). Экстракциялық ректификацияның жаңа процесі (б).
Бұл әдісті басқа жүйелерді бөлу үшін қолдануға болады деп болжанады.
Есептеу эксперименті арқылы авторлар дәстүрлі және жаңа нұсқаларды салыстырды. Фазалық тепе-теңдікті есептеу үшін олар NRTL теңдеуін қолданды. Жаңа экстрактивті бағандағы табақтардың саны дәстүрлі экстрактивті ректификация схемасының бірінші бағанындағы табақтардың санына тең болды.
Авторлар бағанның биіктігі бойынша компоненттердің концентрация профильдерін алды, олар дәстүрлі схемадағы профильдерден айтарлықтай ерекшеленеді.
Процесті ұйымдастырудың жаңа әдісі энергия шығындарын біршама азайтуға мүмкіндік береді. Алайда, өнім ағындарының сапасы төмендейді, ал экстрактивті агенттің (ЭА) үлкен шығындарымен оның бүйірлік ағын түрінде таңдалған өнімдегі мөлшері одан әрі артады.
Авторлар [16] толығымен байланысқан жылу және материалдық ағындары бар тізбектерді қарастырды.
Жеке екі секциялы бағандар арасында жылу байланысын жүзеге асыру үшін олардың әрқайсысы қуат нүктесінде және соңғы нүктелерде қарама-қарсы бағытталған бу және сұйық ағындарға іргелес бағандарға қосылады (сурет 1.7 қараңыз).
Сурет 1.11. Байланысты жылу ағындары бар тізбектер және n=2-3 ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
КІРІСПЕ
1. ӘДЕБИЕТТІК ШОЛУ
1.1 Ректификация процесінің мәні
1.2 Азеотропты қоспаларды бөлу әдістері
1.2.1 Азеотропты қоспаларды әртүрлі қысыммен жұмыс істейтін бағандар кешенінде бөлу
1.2.2. Бөлетін агенттерді қолдану арқылы азеотропты қоспаларды ректификациялау әдістері
1.3. Зеотропты және азеотропты қоспаларды бөлу үшін күрделі бағандарды пайдалану
1.4. Көпкомпонентті жүйелердегі бу-сұйықтық тепе-теңдігін есептеу әдістері
1.4.1. Күй теңдеулері
1.4.2. Жергілікті құрам модельдері
1.4.3. Топтық модельдер
1.5. Кейбір қасиеттері, уытты әсерлері, алынуы және компоненттерді қолдану
2.ЗЕРТТЕУ МІНДЕТТЕРІН БЕЛІГІЛЕУ
3. ЕСЕПТІК- ЭКСПЕРИМЕНТТІК БӨЛІМ
3.1. Оңтайландыру критерийі
3.2. Процестің технологиялық схемасының сипаттамасы
3.3. Ацетон-хлороформ-ДМФА жүйесінде фазалық тепе-теңдікті модельдеу
3.4. Оңтайлы жұмыс параметрлерін есептеу
ҚОРЫТЫНДЫ
ПАЙДАЛЫНҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
ҚОСЫМША
КІРІСПЕ
Химия, мұнай-химия, фармацевтика, тамақ және басқа салаларда көбінесе екі немесе одан да көп сұйықтықтың қоспаларын жеке компоненттерге бөлу қажет болады. Ең тән мысал-мұнай өнімдерін әртүрлі ұшпа фракцияларға бөлу.
Бөлу процесі қоспаны құрайтын барлық сұйықтықтардың әртүрлі өзгергіштікке ие екендігіне немесе басқаша айтқанда, бірдей сыртқы қысыммен әртүрлі қайнау температурасына негізделген. Сұйықтықтардың бұл қасиетінің салдары сұйық қоспадан жоғары компоненттер буларының әртүрлі мөлшері болып табылады. Қоспаның үстіндегі жұптар ұшпа компоненттердің жұптарымен байытылған. Егер мұндай будың қоспасы сұйық фазадан бөлініп, толығымен конденсацияланса, онда алынған конденсаттың құрамы будың құрамымен бірдей болады. Демек, жаңа сұйық қоспасы бастапқы сұйық қоспамен салыстырғанда салыстырмалы түрде ұшпа компонентпен байытылған болады.
Дистилляция және ректификация-екі немесе бірнеше Ұшпа компоненттерден тұратын сұйық біртекті қоспаларды бөлудің ең көп таралған әдістері.
Дистилляция және ректификация процестері химиялық және тамақ өнеркәсібінде техникалық және тағамдық этил спиртін өндіруде, хош иісті заттарды өндіруде және т.б. кеңінен қолданылады. Оларды барынша толық бөлу үшін ректификация қолданылады.
Ректификация-бұл сұйықтықтың бірнеше рет ішінара булануы және будың конденсациясы нәтижесінде қоспаны оның құрамдас бөліктеріне бөлу. Ректификация байланыс құрылғыларымен (Әртүрлі конструкциялы тарелкалар) жабдықталған немесе әртүрлі материалдардан (керамика, металл, ағаш) жасалған саптамамен толтырылған колонналық аппараттарда жүргізіледі.
Дистилляция және ректификация процестері қоспаның құрамдас бөліктерінің бірдей температурада әр түрлі өзгеруіне негізделген. Үлкен құбылмалылығы бар қоспаның құрамдас бөлігі Ұшпа деп аталады, ал аз құбылмалылығы бар компонент тұрақты емес. Тиісінше, Ұшпа компонент ұшпайтын компонентке қарағанда төмен температурада қайнайды. Сондықтан оларды төмен қайнаған және жоғары қайнаған компоненттер деп те атайды.
Тақырыптың өзектілігі - Ректификация ХІХ ғасырдың басынан бастап маңызды технологиялық үдерістердің бірі, негізінен спирт және мұнай өнеркәсібі ретінде белгілі.Көптеген таза қосылыстарға сұраныстың көбеюіне байланысты ректификация процесі кең қолданыс тапқан процестердің бірі. Қазіргі уақытта барған сайын таза түрінде компоненттерін бөлу (органикалық синтез изотопының, полимерлер, жартылай және тазалығы жоғары басқа да түрлі заттардың) өте маңызды болып табылады.
Сондай-ақ соңғы жылдары ректификация процесі таза металдармен жартылай өткізгіш материалдар өндірісінде кең қолданыс табылды. Сонымен қатар химиялық технологияда сұйық қоспалардың біртекті ажырау әдісі кеңінен таралған. Ұшқыш компоненттердің әртүрлі сұйықтартдың құрамынан және буға айналуына байланысты. Еріткіштік қасиетіне байланысты компоненттер: екі қоспалы компонент негізінде бинарлы деп атайды. Бинарлы қоспаны құрамы еритін, жай еритін және ерімейтін сұйықтардың төмен компонентті қоспаның төмен температурада қайнайтын немесе жеңіл ұшатын қоспа деп, ал жоғары температурада қайнайтын компенентті жоғары температурада қайнайтын немесе ауыр ұшатын қоспа деп атаймыз.
Қоспалардың таза компоненттерге булану және конденсациялану процесі арқылы бөлінуін ректификация деп атайды. Ректификация процесі сұйықтық пен будың қарама-қарсы өтуіне байланысты, сонымен қатар бу колоннамен жоғары қарай көттеріле отырып сұйықтықпен жанасып және үздіксіз төмен температурада қайнайтын компонентпен, ал сұйықтық жоғары температурада қайнайтын компонентпен әрекеттеседі. Кондерсерленген булар колоннаның жоғары жағынан шығады, яғни негізінен төмен температурада қайнайтын компоненттерді дистилят деп атайды. Ал колоннаның төменгі жағынан шыққан сұйықтықты кубтық қалдық деп атайды. Бұл құрамы жағынан таза жоғары температурада қайнайтын компонент.
Ректификациялық қондырғылар әрекет принципі бойынша мерзімді және үздіксіз деп бөлінеді. Үздіксіз қондырғыларды бөлінген шикізат қоспасы бағанға түседі және бөлу өнімдері үздіксіз алынып тасталынады. Мерзімді операция бөлінетін қоспаның өсіретін зарядталанған және айдау қалаған түпкілікті өнім құрамын алу үшін бір мезгілде жүзеге асырылады.
Жұмыстың мақсаты - әдеби шолу жүргізе отырып, қажетті ректификациялық қондырғыны еспетеу және таңдау.
Қойылған мақсатқа жету үшін келесі міндеттерді орындау қажет:
* Ректификация процесінің теориялық негіздерін зерделеу және негізгі құрылғы мен қондырғының технологиялық сұлбасын меңгеру;
* Негізгі аппараттың жұмыс жасау принципімен танысып, материалдық, жылулық балансын есептеп, технологиялық сұлбасын меңгеру;
* Аппараттың гидравликалық есептемесін жүргізіп, қарастырылған, зерттелінген тақырыпқа ізденіс нәтижесіне сай қорытынды жасау.
Зерттеу объектісі - Ацетон мен хлороформ стабилин-9 термостабилизатор өндірісінде қолданылатын еріткіштер қоспасының құрамына кіреді. Оларды регенерациялау үшін [1] ауыр қайнаған бөлгіш агент диметилформамидпен (ДМФА) экстрактивті ректификацияны (ЭР) қолдану ұсынылды. Бұл процесс екі бағаннан тұратын кешенде жүзеге асырылады - экстрактивті ректификация бағанасы және экстрактивті агент регенерация бағанасы. Бұл жағдайда іс жүзінде таза ацетон экстрактивті бағанның дистиллятында, ал іс жүзінде таза хлороформ регенерация бағанының дистиллятында шығарылады, оның кубтық ағымы іс жүзінде таза ДМФА экстрактивті ректификация бағанына қайтарылады.
Экстрактивті ректификация - бұл энергияны көп қажет ететін процесс. Ацетон - хлороформ қоспасының ЭР үшін энергия шығынын азайту үшін бұл процесті бүйірлік нығайтатын секциясы бар бір күрделі бағанда (КБ) жүргізу әдісі ұсынылды [2]. Бұл жағдайда ацетонның шығуы негізгі бағанның дистиллятында, ал хлороформ - бүйірлік секция дистиллятында (ББ) жүзеге асырылады. ДМФА негізгі бағанның кубында қалпына келтіріліп, оның жоғарғы бөлігіне рециклмен қайта оралады. Нәтижесінде құрамында 82,9% ацетон мас. бар өндірістік құрамның қоспасын бөлу үшін энергия шығынын төмендету, дәстүрлі екі бағаналы схемамен салыстырғанда 28,5% құрады.
Бұл жұмыс ацетон-хлороформ қоспасын экстрактивті ректификациялау схемаларының оңтайлылығының концентрациялық аймақтарын анықтауға бағытталған зерттеудің бөлігі болып табылады. Бұл жұмыстың мақсаты бүйірлік нығайтатын бөлімі бар күрделі бағандағы азеотропты құрамдағы ацетон-хлороформ қоспасын экстрактивті ректификациялау процесінің оңтайлы жұмыс параметрлерін анықтау болып табылады.
1. ӘДЕБИЕТТІК ШОЛУ
1.1 Ректификация процесінің мәні
Химиялық, мұнай-химия және басқа бірқатар салаларда (тамақ, фармацевтика - металлургияға дейін) сұйық және газ қоспаларының алуан түрлілігі қолданылады, оларды жеткілікті таза компоненттерге немесе әртүрлі құрамдағы фракцияларға бөлу керек. Фазалар арасында компоненттерді қайта бөлумен жүретін сұйық пен бу фазаларының жанасуы кезінде мұндай қоспалардың бөлінуі айдау деп аталады.
Ректификация - бұл фазалардың көпсатылы қарсы ағымында қайнаған сұйықтық пен қаныққан конденсацияланатын бу фазасы арасында компоненттің (компоненттердің) ауысу процесі. Ауыспалы схема бойынша, будың ішінара конденсациясы және сұйық қоспалардың булануы (дистилляциясы) операциялары бойынша, жоғары қайнайтын компоненттің (ЖҚК) және төмен қайнайтын компоненттің (ТҚК) өнімін алуға болады, бастапқы қоспадағы олардың құрамына сәйкес келеді.
Ректификация процесінде сырттан келетін жылу тек қайнатқыштарда - бағанның түбінде және сұйық қоспаны ішінара буландыру үшін бүйір бөлімдерде, ректификациялық аппараттың төменгі бөлігіндегі жылыту құрылғысында будың бастапқы ағынын алу үшін жұмсалады (көбінесе баған). Бу конденсациясының жылуы тек конденсатты құрылғыларда - ректификациялық аппараттың жоғарғы бөлігінде ғана жойылады.
Бірте - бірте тақтайшалардағы фазалардың қарама-қарсы байланысына байланысты жұпта және сұйықтықта ТҚК концентрациясы төменнен жоғары қарай артады-белгілі бір концентрация профилі орнатылады; бұл әсер ректификация процесінің негізі болып табылады. Колоннаның жоғарғы жағындағы ТҚК тазалығы қарастырылып отырған схема аясында тақтайшалар санымен анықталады.
Қажетті концентрациялық профильді, яғни колоннаның жоғарғы жағындағы ТҚК (тазалық) талап етілетін концентрациясын орнатқаннан кейін, жоғарғы өнімді мақсатты ретінде таңдауға болады. Бірақ егер сіз барлық жоғарғы өнімді таңдасаңыз, онда сұйық фаза бағанның бойымен буға қарсы ағынмен ағуды тоқтатады, ректификация процесі бұзылады. Сондықтан, конденсациядан кейін жоғарғы өнім ішінара ғана таңдалады; фазалардың қарама-қарсы байланысын сақтау үшін конденсаттың белгілі бір бөлігін бағанды суаруға қайтару қарастырылған. Ректификациялауда компоненттерді ауыстырудың екі бағытты процесі жүреді: ТҚК сұйық фазадан бу фазасына және ТҚК - кері бағытта.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Қарапайым және күрделі қоспаларды ректификациялау периодты немесе үздіксіз жұмыс жасайтын тізбектерде іске асырылады. Мерзімді (периодты) жұмыс жасайтын тізбектер өнімділігі төмен қондырғыларда қөп мөлшердегі фракцияларды алу және бөлудің жоғарғы нақтылығы қажет болған жағдайларда қолданады (2-сурет). Шикізат айдаушы кубқа 1 оның диаметрінің 23 биіктігіне дейін түседі, онда тұйық газдың буымен қыздырылады. Ректификациялық қондырғының жұмыс атқарушының бірінші кезеңінде қоспасының ең ұшқыш компонентін шығарып алады, мысалы: бензолдық басты одан соң ауа температурасын көтермеле отырып, қайнау температурасы жоғарырақ компонентті алады (бензол, толуол және т.б). Өте жоғары температурада қайнайтын қоспалар кубта қалады және кубтың қалдығын қалыптастырады. Ректификациялау процессі аяқталғаннан кейін, ол қайтадан шикізатпен толтырылады және ректифиуациялау қайтадан басталады. Кезендік процесі жылудың көп шығындылығымен және қондырғының төмен өнімділігімен шартталады. Үздіксіз әрекеттегі қондырғыда (1.2-сурет) аталып өткен көп кемшіліктер жоқ. Мұндай қондырғының принципі схемасы суреттее көрсетілген. Шикізат жылу алмасу бөлімімен 1 қыздырушы 2 түседі және әрі қарай ректификациялау тізбегінің 3 әртүрлі деңгейіне түседі. Төменгі фракцияларды 4 қайнатушыда қыздырады және содан соң қайтадан ректификациялау тізбегіне түсіреді. Бұл жағдайда ең ауыр бөлік қайтнатушыдан тізбектің төменгі жағына түсіріледі, және сұйық тұнбамен бірге, әрі қарай ауыр фракцияларды өндеуге жіберіледі. Ал жеңіл фракциялар жоғарыдан тоңазытқыш-конденсаторға түсіп, және әрі қарай 6 аккумулятордан ішінара кері тізбекке суландыру үшін түседі, ал ішінара жеңіл фракцияларды әрі қарай өндеу үшін жіберіледі. Алынатын өнімнің санына байланысты, ректификациялау тізбектері қарапайымды және күрделі болып бөлінеді. Біріншіден, ректификациялауда екі өнім алынады, мысалы жанармай және жартылай мазут. Екіншілері үш және одан да көп өнімдерді шығаруға бағытталады. Олар бір бірімен жалғас қосылған қарапайым тізбектерді сипаттайды, олардың әрқайсысы өзіне түсетін қоспаны екі компонентке бөліп отырады. Айдап шығаратын немесе бумен өндейтін секция шикізатты ендіретін жерден төмен орналасады. Бөліну үшін ыдысқа берілетін шикізат қоректендіру ыдысы деп аталады. Айдап шығаратын секциясының мақсатты өнімі болып,сұйық қалдық саналады. Концентрациялау немесе бекіту секциясы қоректендіру ыдысының үстінде орналасады. Бұл секцияның мақсатты өнімі болып ректификат буы саналады. Ректификациялау тізбегінің концентрациялау секциясының қалыпты жұмысына суландыру және жылу беру (қайнатушы арқылы), немесе айдап шығу секциясына өткір су буын ендіру қажет болады.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.1-сурет. Периодты жұмыс жасайтын қондырғының принципті схемасы:
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1-айдаушы кубы, 2-ректификациялық қондырғы, 3-конденсатор-тоңазытқыш, 4-аккумулятор, 5-тоңазытқыш, 6-сораптар
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.2-сурет. Үздіксіз әрекеттегі қондырғының принципті схемасы:
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1-жылуалмастырғыш, 2-қыздырғыш, 3-ректификациялық колонна, 4-қайнатушы, 5-конденсатор-тоңазытқыш, 6-аккумулятор
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Ректификациялық колоннада әр табақша арқылы 4 ағын өтеді:
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.Жоғарыда орналасқан тәрелкеден төмен ағатын сұйық-флегма;
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
2.Төменде орналасқан тәрелкеден келетін бу;
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
3.Төменде орналасқан тарелкеге ағатын сұйық-флегма;
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
4.Жоғарыда орналасқан тәрелкеге көтерілетін бу;
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Ректификациялық колоннаның құрылысы жоғары көтерілетін будың жартылай конденсациялауына, сөйтіп табақшаларда жиналуына мүмкіндік береді. Жиналған сұйық фракция арнайы ағын арқылы төмен ағып кетеді. Қалған бу түріндегі өнімдер сұйық арқылы өтіп,жоғары көтеріледі. Көтерілу булары мен төмен түсетін сұйық (флегмамен) арасында жанасуды қамтамасыз ететін құрылымының ішкі құрылысына сәйкес ректификациялау тізбектері қондырылмалы, табақшалы, роторлы және т.б болып бөлінеді. Қысымға байланысты олар: жоғарғы қысымдық ректификациялау, атмосфералық және вакуумдық тізбектеріне бөлінеді.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Біріншілері мұнайды және жанармайды тұрақтандыру, және оларды крекинг қондырғыларында газофракциялауда және гидрогенизациялауда қолданылады. Атмосфералық және вакуумдық ректификациялау тізбектері негізінде мұнай қалдықтарын, қалдық мұнай өнімдерін және дистилляторларды айдауда қолданылады. Бұларды және сұықтарды біркелкі бөлу үшін қондырмалы тізбектерде қондырғы ретінде шарлар, призмалар, пирамидалар, цилиндрлер (әртүрлі материалдардан жасалған)-әдетте тығыздалған көмір шаңынан жасалынады, олардың сыртқы диаметрлері 6-дан 70 мм дейін және бетінің ауданның көлеміне қатынасы 500-ден бастап жоғары. Қондырғыны себу арқылы арнаулы табақшаларға орнатады, олардың бу және флегманың ағып өту үшін тесіктері болады. Қондырғыларды қолданудың мақсаты болып, бірін-бірі қаныстыру үшін флегма мен булардың бір-бірімен жанасу ауданын ұлғайту болады. Қондырмалы тізбектің дұрыс жұмыс атқаруы үшін өте мәнді болып ағып түсетін флегма мен булардың тізбекті көлденең кесу бойынша біркелкі таралуы болады. Бұдан жақсы әсерді қондырғы денесінің біркелкілігі, жоғары шығатын бұлар ағымының мүмкін болатын ең үлкен жылдамдығы, қондырғы қабаттарының біркелкі бөлінуі және тізбектің қатаң түрдегі тіктігі тигізеді. Тәжірибеде мүмкін болған булар мен флегмалардың алғашқы біркелкі бөлінуі бұзылады, себебі бу сұйықты тізбек қабырғасына шығаруға және қондырғының ортасы арқылы жылжи отыруға ұмтылады. Осыған байланысты, қондырғы бірнеше қабатқа бөлінеді, ал қондырғылар орналасатын табақшалардың арнаулы конструкциясы болады, олар қайтадан ағымдарды қондырғынын әрбір қабатынан кейін біркелкі қайта бөлуге мүмкіндік жасайды. Қондырмалы тізбектерді пайдаланудың тиімділігі өте жоғары болады, дегенмен де қолайсыздықтар да бар: қондырғыны кезең-кезенде тізбектен шайырлық бөлшектерден бірте-бірте оларды қамтып алатын және оның сулануын төмендететін тазарту үшін шығарып алып отыру керек, сонымен қатар қондырмалы тізбектерді қолдану будың белгілі бір қысымын және түсетін флегманың мөлшерін ұстай тұру үшін өте қатаң талаптарды алға қояды. Тізбекте будың қысымы төмендеуде флегманың ағып түсуі жылдамданады және бу мен сұйықтың бірімен-бірінің жанасу беті күрт төмендейді. Будың қысымының өсуінде флегманың ағып түсуі баяулайды, бұл оның қондырғының жоғарғы қабатында жинақталуына және будың тізбектің төменгі жағында жабылып қалуына келтіреді (тізбектің булығуына). Бұл бу қысымының тізбектің төменгі жағында одан да әрі көтерілуіне алып келеді және қиын сәтте бу флегма арқылы тізбектің жоғарғы бөлігіне өтеді. Тізбектің булығу салдарынан бу мен сұйықтың жанасу бетінің күрт төмендеуі орын алады. Табақшалы тізбектерде (1.3. - сурет) бу ағымымен флегманың жанасу бетін көтеру үшін қондырғының орнына арнаулы құрылымдағы көптеген табақшаларды қолданады. Флегма табақшадан табақшаға төмен жіберетін құбырлар арқылы ағып түседі, бұнда аралықтар, табақшадағы сұйық қабатының тұрақты деңгейін қамсыздандырып тұрады. Бұл деңгей қалпақтар шеттерін флегмаға салынған жағдайда ұстап тұрады. Аралықтар келесі табақшаға ағып түсу үшін түсетін флегманың артық мөлшерін ғана жібереді. Табақшалы тізбектің әрекект принципі-бу мен флегманың бірін-бірінің қанықтыруы саналады бу қысымымен флегма қабаты арқылы төменнен жоғары қарай әрбір табақшаға өту есебінен. Будың флегмадан өте майда көпіршік ретінде өтуі есебінен бумен сұйықтың жанасу беті өте биік болады.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.3 сурет. Ректификациялық колоннадағы бу мен сұйықтықтың қалпақты табақшалар арқылы контактілеу
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Табақшалар құрылымы сан алуан келеді.Торлы,шарбақты, каскадты,клапанды, инжекционды және комбинацияланған табақшалар қолданылады. Табақшалар құрылымын нақты технологиялық талаптарға байланысты тандайды. Қазіргі кезде мұнайды өндеу үшін пайдаланылып жүрген қондырғыларда қарапайым колонналармен бірге күрделі колонналарда қолданылып жүр. Күрделі колонналар бірнеше қарапайым колонналардан құралған. Мысалы бүйірінен шығарылған айдау секцияларлы күрделі ректификациялық колонналар (5-сурет)
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Мұнайды өндеу бағытына қарай өндірісте ректификация процесін күрделі колонналардың әртүрлі комбинациялары іске асады. Шикізаттардың және арадағы өнімдердің ауысуына байланысты күрделі ректификациялық колонналардың, мысалы тізбектелген және асылмалы түрлері болады.(1.5-сурет). Тізбектелген колонналарда әрбір кейінгі колоннаның ауыр өнімі біржолы өткен колоннаның флегмасы болып келеді (1.5-сурет, а). Асылмалы колонналарда негізгі колоннаға оның әртүрлі деңгейлерінен тіркелген көмектес колонналарға қосымша тазалауға дистилляттар келеді. Көмектес колонналардың қалдықтары қайтадан негізгі колоннаға түседі. (6-сурет,б)
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.4-сурет. Бүйірінен шығарылған айдау секциялары күрделі ректификациялық колоннаның сызбанұсқасы.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
І-шикізат, ІІ-ректификат, ІІІ, ІV, V - бүйірінен шығарылған өнімдер,
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
VІ-қалдық, VІІ-су буы
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.5-сурет. Асылмалы колонналар
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
а) колонналардың тізбектелген және б) асылмалы схемалары
1.2 Азеотропты қоспаларды бөлу әдістері [3]
Қайнау температуралары жақын бар компоненттерден тұратын және салыстырмалы ұшпалық коэффициентінің аз мәнімен сипатталатын қоспаларды бөлу үшін бағанда көптеген тақтайшалар қажет болады. Мұндай қоспаларды бөлу кезінде флегма сандары үлкен болады, яғни энергия шығыны - кубтағы жылу, конденсатордағы салқындатқыш сұйықтық. Егер қоспа азеотропты құраса, онда оны әдеттегі ректификация әдісімен іс жүзінде таза компонентке бөлу мүмкін болмайды (компоненттердің біреуін (х0) және хаз азеотроп құрамына жақын қоспаны алуға болады). Бұл жағдайда ректификацияның арнайы әдістерін қолдану қажет:
1. әр түрлі қысымда жұмыс істейтін бағандар кешенінде бөлу;
2. экстракциялық ректификация;
3. азеотропты және гетероазеотропты ректификация.
1.2.1 Азеотропты қоспаларды әртүрлі қысыммен жұмыс істейтін бағандар кешенінде бөлу [4]
Азеотропты қоспаларды бөлу үшін физикалық - химиялық сипаттағы шектеулерді жеңуге және қажетті тазалық өнімдерін алуға мүмкіндік беретін функционалды кешендер қолданылады. Кешендердің бір бөлігі бөлу аймақтары арасында шоғырлану өрістерін қайта бөлу принципіне негізделген. Бұл принциптің ерекше жағдайы- шоғырлану өрістерін ректификация аймақтары арасында қайта бөлу принципі. Бұл принцип қысымның өзгеруімен азеотропты қоспалардың құрамын өзгертуге негізделген азеотропты қоспаларды бөлу мысалдарында айқын көрінеді. Әр түрлі қысымдағы азеотроптардың құрамы әр түрлі, ал қысымға байланысты қуат алу құрамы бір немесе басқа ректификация аймағына жатуы мүмкін. Дәл осы қасиет азеотропты қоспаларды бөлуге арналған екі бағандық кешендерде қолданылады, онда бағандар әртүрлі қысым кезінде жұмыс істейді. Жалпы жағдайда рециклдің мөлшері бөлінуге түсетін бастапқы қоспаның құрамына және екі таңдалған қысым кезінде азеотроптардағы А компонентінің концентрациясының айырмашылығына байланысты, ал бұл айырмашылық неғұрлым аз болса, рецикл соғұрлым көп болады. Бинарлы қоспаның мұндай кешеніндегі таза компоненттерге бөлінудің міндетті шарты - бірінші бағаннан шығатын азеотроптағы А компонентінің жоғары мөлшері, оның екінші бағаннан шығатын және біріншісіне кіретін азеотроптағы құрамымен салыстырғанда. Вревскийдің заңына сәйкес температураның бір градусына түсетін азеотроп құрамының өзгеруі компоненттердің булануының молярлық жылуының айырмашылығына байланысты болғандықтан, бөлу әдісі неғұрлым тиімді болса, бөлінетін қоспалардың булану жылуы соғұрлым әр түрлі болады.
1.2.2. Бөлетін агенттерді қолдану арқылы азеотропты қоспаларды ректификациялау әдістері [5].
Бөлетін агенттерді таңдау
Азеотропты және экстрактивті ректификация процестері үшін бөлгіш агенттерді таңдау кезінде бөлінуге жататын жүйенің қасиеттері ескерілуі тиіс.
Бөлгіш агенттер келесі талаптарды қанағаттандыруы керек:
1. берілген қоспа компоненттерінің қалаулы бағыттағы салыстырмалы ұшпалылығының өзгеруі;
2. бөлінетін жүйенің компоненттері бар қоспалардан регенерация жеңілдігі;
3. қолданудағы қауіпсіздік, қол жетімділік және арзандық;
4. берілген қоспаның компоненттеріне қатысты инерттілік, аппаратураны коррозиялауға немесе қыздырғанда ыдырауға қабілетсіздік.
2, 3 және 4-тармақтарда жазылған талаптарды қанағаттандыруға байланысты мәселелер әдеттегі технологиялық мәселелердің қатарына жатады. Олардың шешімі негізінен бөлінген жүйенің қасиеттерімен анықталады. Ең қиын міндет, бірінші талапты қанағаттандыратын бөлгіш агенттерді таңдау.
Бөлгіш агенттерді таңдаудың барлық белгілі әдістерін екі топқа бөлуге болады:
1. берілген қоспаның компоненттері мен болжамды бөлу агенттері түзетін ерітінділердің қасиеттері туралы деректерді пайдалануға негізделген әдістер;
2. компоненттердің қасиеттері туралы мәліметтерді қолданатын әдістер.
Барлық жағдайларда бөлуші агент ретінде қандай да бір заттың қолданылуын анықтау үшін осы зат пен берілген қоспаның компоненттері түзген бинарлы жүйелердің жетілмегендігі дәрежесін бағалауды негізге алған жөн. Азеотропты ректификация процестерінде қолданылатын бөлгіш агенттердің ерекшелігі, олар бастапқы қоспаның компоненттерімен азеотропты түзуі керек. Осыған байланысты азеотроптардың болуы мен қасиеттерін қосымша анықтау қажет.
Бөлу агенттерін таңдау әдістерін салыстырмалы бағалау [5].
Бөлгіш агенттерді таңдау әдістері берілген қоспаның компоненттері мен болжамды бөлгіш агент құрған бинарлы жүйелердің жетілмегендігі дәрежесін салыстырмалы бағалауға негізделген. Демек, осы бинарлы жүйелердегі Рауль заңынан ауытқулардың сипаты мен мөлшерін неғұрлым сенімділікпен бағалауға мүмкіндік беретін әдістер ең сенімді деп саналуы керек.
Ерітінділердің қасиеттерін, ең алдымен қоспалардың қайнау температурасы, азеотроптардың құрамы мен қайнау температурасы және ерігіштігі сияқты әдістерді қолданған жөн. Бұл әдісті зерттеу және зауыттық зертханаларда кеңінен қолдануға байланысты газ-сұйық хроматография көмегімен бөлгіш агенттерді таңдау өте тиімді және ыңғайлы.
Бөлгіш агенттерді таңдаудың әртүрлі әдістерін салыстыра отырып, ерітінділердің барлық қасиеттері бір-бірімен байланысты екенін және олардың мәні компоненттердің қасиеттері мен олардың өзара әрекеттесу қарқындылығымен анықталатынын есте ұстаған жөн. Сондықтан идеалдан ауытқулардың сипатын бір емес, бірқатар қасиеттер бойынша бағалауға болады.
Бөлу агентін таңдау үшін келесі жол ұсынылуы мүмкін. Ең алдымен, бөлінетін қоспаның құрамдас бөліктерінің қасиеттері туралы мәліметтерді, сондай-ақ бөлетін агенттердің химиялық үйлесімділігіне қатысты шектеулерді анықтау және берілген қоспаның жетілмегендік дәрежесін ескере отырып, оларға қойылатын негізгі талаптарды анықтау үшін сұйықтық пен будың тепе-теңдік жағдайларын қарастыру қажет.
Содан кейін сұйықтық пен бу арасындағы тепе-теңдік, азеотропты қоспалар және берілген қоспаның компоненттерінен құралған жүйелердегі ерігіштік туралы мәліметтерді талдау қажет. Егер ерітінділердің қасиеттері туралы тиісті мәліметтер болмаса немесе жеткіліксіз болса, онда полярлық, сутегі байланысы немесе PI - кешендердің пайда болуы туралы идеяларды басшылыққа ала отырып, бөлу агенттері ретінде тәжірибе алу қызықты қосылыстардың кластарын белгілеу керек.
Әр түрлі бөлуші агенттерді салыстырмалы бағалау кезінде, әрине, техникалық-экономикалық факторлар ескеріледі - құны, қол жетімділігі, коррозияға жарамдылығы, уыттылығы, өрт қауіптілігі және т. б.
Экстрактивті ректификация [3].
Бөлуге қиын бинарлы қоспаны жеткілікті таза компоненттерге бөлу керек болсын(α--1 немесе азеотроп бар). Мұндай қоспаға арнайы таңдалған компонент (әдетте ұшпалылығы қиын) қосылады, ол бастапқы қоспаның құрамдас бөліктерінің бірін (мысалы, В компоненті) таңдап ерітеді, ал екіншісін (А компоненті) аздап ерітеді. Басқаша айтқанда, жүйеге үшінші компонентті енгізу бинарлы қоспаның еритін компонентінің рв буларының икемділігін едәуір төмендетеді, осылайша салыстырмалы ұшпалылық коэффициентін арттырады: α'АВαАВ бөлінетін қоспа. Бұл ректификация әдісі экстрактивті ректификация деп аталады, ал қосымша компонент -- бөлу немесе экстракциялайтын агент.
Бөлу компоненті болған кезде бинарлы қоспаның тепе-теңдік сызығы 1.1 суретте көрсетілген. (тұтас сызық) онсыз тепе-теңдікпен салыстырғанда (штрихтік сызық). Бөлінетін компоненттің сандық әсері, бірдей жағдайда, оның бөлінетін қоспадағы концентрациясымен анықталады. Сондықтан тепе-теңдік сызығында үздіксіз ректификация жағдайында бу фазасында концентрациялардың секіруі байқалады (абсцисса х1 нүктесінде), бұл бағанға бастапқы қоспаны беру кезінде сұйықтықтағы экстракциялайтын агент концентрациясының өзгеруіне байланысты.
Сурет.1.5. Экстракциялық агентінің қатысуымен тепе-теңдік диаграммасы және теориялық сатылардың құрылысы.
Экстракцияланатын агентке бөлінетін қоспаның бір компонентін таңдалған ерітуден басқа бірқатар талаптар қойылады; осы талаптардың негізгілері:
1. ол бастапқы қоспаның компоненттерімен азеотроптар жасамауы керек (оның регенерациялануы және таза компоненттерді алу үшін оларды кейіннен қиындықсыз бөліп алу үшін);
2. ол бастапқы қоспаның құрамдас бөліктерінен қайнау температурасында айтарлықтай ерекшеленуі керек, яғни бастапқы қоспаның ЖҚК-ке қарағанда айтарлықтай ұшпалылығы қиын болуы керек немесе (бұл сирек кездеседі) бастапқы қоспаның ТҚК-ке қарағанда әлдеқайда жеңіл ұшпалылығы болуы керек (бұл оны үлкен энергия мен капиталды шығындарсыз шығаруға мүмкіндік береді).
Сурет 1.2, В компонентін жақсы ерітетін, С компонентін қосу арқылы экстрактивті ректификация әдісімен А + В бастапқы қоспасын бөлу схемасы ұсынылған. С компоненті 1-бағанның жоғарғы тақталарының біріне беріледі және флегмамен бірге бағанадан төмен түседі. В компонентін ерітіп, С бөлетін агент оның буларының икемділігін төмендетеді және А және В бөлінуіне ықпал етеді. 1-бағанның жоғарғы өнімі - берілген тазалықтың А компоненті, ал төменгі өнім В + С қоспасы. Сорғы 3-пен бұл қоспа 2-бағанға беріледі, онда В (жоғарғы өнім) және С (төменгі өнім) компоненттері әдеттегі ректификация әдісімен алынады.
Сонымен қатар, 2-баған, әдетте, кішкентай биіктікпен ерекшеленеді және аз флегма санымен жұмыс істейді, өйткені В және С компоненттері қайнау температурасында айтарлықтай ерекшеленеді (экстрациялайтын агенттке қатысты екінші талапты қараңыз). Сорғы 4 бар С экстракция агенті 1-бағанға беріліп, циклді С компонентіне сәйкес жабады.осы схемадағы жұмыстың нәтижесі бастапқы А+В қоспасын А және В жеке компоненттеріне бөлу болып табылады, ал осы өнімдермен бөлінетін С компоненттің кейбір шығындары өтеледі.
Сурет 1.6. Экстракциялық ректификациялауға арналған қондырғы схемасы: 1,2 - ректификациялық бағаналар (колонналар), 3,4 - сорғылар, 5 - қайнатқыштар, 6 - конденсаторлар; I - салқындататын су, II-қыздыратын бу, III - конденсат, IV-экстрацияланатын агенттің шығындарын толықтыру.
Егер экстракция агенті оңай ұшатын болса, яғни ол ең төменгі қайнау температурасымен сипатталады (ttA) 1 - бағанға ол төменнен беріледі және жоғарыдан төмен қайнаған А компонентімен бірге шығарылады. Жоғары қайнаған В компоненті 1-бағанның түбінен шығарылады, ал А+С қоспасы 2-бағанға бөлінеді.
Өнеркәсіпте экстракциялық ректификацияны қолдану мысалдары.
Изопрен алу әдісі.
Өнеркәсіпте экстрактивті ректификация негізінен бөлу үшін қолданылады.
[6] -те С4 көмірсутегі фракциясының құрамындағы изобутиленді сумен қышқыл катализатордың қатысуымен реакциялау арқылы изопренді алу әдісі ұсынылады, құрамында көбінесе түзілетін трет-бутанол бар ағынды бөліп, нәтижесінде алынған трет-бутанолдың формальдегидпен өзара әрекеттесуі жоғары температура мен қысым кезінде қышқыл катализатордың қатысуымен реакциялық массаны су және май қабатына бөле отырып және ректификацияны және мүмкін су шаюды пайдалана отырып, май қабатынан изопрен бөле отырып қышқылды катализатордың қатысуымен жүзеге асырылады. Изопрен алынған трет-бутанолды селективті еріткіш ретінде пайдалана отырып, кейіннен қаныққан еріткіштен оттегі бар қосылысты десорбциялай отырып және десорбцияланған еріткішті формальдегидпен өзара әрекеттесуге бере отырып, құрамында оттегі бар қосылыстардан экстрактивті ректификациялаумен тазартылады. Қаныққан еріткіштен 30-95% оттегі бар қосылыстарды десорбциялайды. Тазартуға берілетін изопреннің құрамында 2,0-20 % мас. трет-бутанол. Алынған трет-бутанол, құрамында 15 % мас. судың экстрактивті ректификация колоннасының жоғарғы бөлігінен жоғарыдан немесе бүйірлік ағын ретінде шығарылатын изопреннің сұйық ағынымен байланысады, содан кейін изопрен мен трет-бутанолдан тұратын төменгі қабат бөліп, экстрактивті ректификация колоннасының жоғарғы бөлігіне жіберіледі.
Изопренді тазарту әдісі.
[7] изопренді стереорегулярлық полимерлеуге кедергі келтіретін қоспалардан тазарту әдісі ұсынылады, құрамында 0,005-10 % мас сілтілі металл гидрототығы. Процесс технологиясын жеңілдету және энергия шығынын азайту мақсатында изобутилен мен формальдегидтен өндіру процесінде диметилдиокса нды изопренге синтездеу немесе ыдырау кезеңдерінде пайда болатын жоғары қайнаған жанама өнім немесе изобутилен мен формальдегидтен изопренді бір сатылы өндіру процесінде пайда болатын жоғары қайнаған жанама өнім бөлгіш агент ретінде пайдаланылады.
1,3-диоксоланды бөлу және тазарту әдісі.
Өнертабыс [8] 1,3-диоксоланды бөлу және тазарту әдістеріне қатысты. Этиленгликольдің формальдегидпен (триоксан, параформ, формалин) өзара әрекеттесуі кезінде түзілетін су ерітінділерінен.
1,3-диоксоланды кептіру процесінен сілтілі жуу сатысын алып тастау және 1,3-диоксолан-су азеотропты қоспасын бөлу технологиясының экологиялық тазалығын арттыру есебінен технологиялық процестің шығуын ұлғайту және технологиясын оңайлату мақсатында экстрагент ретінде этиленгликольді пайдалана отырып, экстракциялық ректификациялауды жүргізеді. Ұсынылған өнертабыс полимерлер мен сополимерлер өндірісінде қолданылатын 1,3-диоксолан алу үшін пайдаланылуы мүмкін,
Қайнаған көмірсутектердің қоспаларын бөлу әдісі.
Авторлар [9] қайнаған көмірсутектердің қоспаларын экстрактивті ректификация арқылы бөлу әдісін ұсынды. Экстрагент ретінде ацетонитрил немесе оның сумен және басқа да экстрагенттермен қоспалары пайдаланылады, содан кейін аммиак қатысуымен ацетонитрилден көмірсутектерді десорбциялайды. Ацетонитрил мен аммиактың жоғалуын азайту мақсатында десорбция сумен он есе (7,1-11) сұйылтқан кезде десорбциядан кейін ацетонитрилдің рН қамтамасыз ететін мөлшерде негізгі диссоциация константасы 1∙10ˉ6-1∙10ˉ1 болатын құрамында азот бар органикалық қосылыстардың қатысуымен жүзеге асырылады.
С4-С5 көмірсутектерді бөлу әдісі.
Авторлар [10] С4-С5 көмірсутектерін ацетонитрилдің және оның су мен аммиак қоспаларының қатысуымен көмірсутектерді сумен жуып, ацетонитрилді жуу суларынан тазарту арқылы бөлу әдісін ұсынды, сонымен қатар технологияны жеңілдету және жабдықтың коррозиясын азайту үшін процесс сілтілі металл гидрототығының қатысуымен жүзеге асырылады. Экстрагенттегі гидрототықтың концентрациясы 0,0001-0,001 % мас құрайды немесе жуу суында 0,0001-0,01 % мас.. Мүмкін, процесс сілтілі металл нитритінің немесе органикалық аминнің қатысуымен, оның концентрациясы 0,0001-0,01 % мас. , ал жуу суында-0,0001-0,1 % мас..
Пентафторэтан алу процесі.
[11] жұмыста пентафторэтан (ПФЭ) оның хлорпентафторэтан (ХПФЭ) қоспасынан ең аз теориялық тақтайшалармен экстрактивті ректификация үшін бағанға шығаруға арналған процесс ұсынылады. Еріткіш ретінде С1-4 спирттері, С2-6 эфирлері, С3-7 кетондары қолданылады. Концентрацияланған ПФЭ колоннаның төменгі бөлігінде іріктеледі және қосымша ректификациядан өтеді, ХПФЭ мен қолданылатын еріткіш қоспасы колоннаның жоғарғы жағында шығарылады.
Бензолды қанықпаған көмірсутектерден тазарту әдісі.
[12] бензолды қанықпаған көмірсутектерден тазарту әдісі сипатталған, қанықпаған көмірсутектер бензолдан ДМФ-дан экстрактивті ректификация кезінде жоғарғы өніммен бөлінеді, содан кейін олар 0,0001-0001% мас. болған кезде t=150-170°С кезінде олигомеризацияға ұшырайды, бензолға есептегендегі бензосульфоқышқылдар, одан кейін олигомерлерден бөлінген бензолды бензолмен біріктіріп, экстрактивті ректификация колоннасының төменгі өнімінен бөлініп, тиофеннен белгілі әдістермен тазартылған. Техникалық нәтиже-негізгі заттың құрамы 99,90% - дан кем емес, тазартудың жоғары дәрежелі нысаналы өнімін ала отырып, процесті оңайлату және оның тиімділігін арттыру.
Ароматты көмірсутектерді олардың ароматты емес қоспаларынан бөліп алу әдісі.
Патентте [13] ароматты көмірсутектерді ароматты емес көмірсутектері бар қоспалардан сұйық экстракция немесе гликоль, су және еріткіш негізіндегі селективті экстрагенттермен экстрактивті ректификация арқылы бөліп алу әдісі ұсынылған. Еріткіш ретінде m=2-8, m=175-190 жалпы формуласы CH3(CH2CH2O)m монометилді олигоэтиленгликольдердің қоспасы қолданылады. Монометилді эфирлердің қоспасы қолданылады.
Азеотропты ректификация [3].
Азеотропты ректификациялау әдісі салыстырмалы ұшпа коэффициенті аз қоспалар үшін де, азеотропты түзетін қоспалар үшін де (оның ішінде азеотропты қоспаларға жақын құрамдар кезінде) қолданылады. Экстрактивтіден айырмашылығы, азеотропты ректификация кезінде С бөлетін агент, егер ол азеотропты болса, бастапқы қоспаға қарағанда компоненттердің басқа қатынасы бар бөлінетін қоспаның қандай да бір компоненттерімен азеотропты құрайды. Бөлгіш агенттер ретінде А және В компоненттері бар гомоазеотроптарды құрайтын заттарды (бұл қайнау температурасының максимумы немесе минимумы бар азеотроптар болуы мүмкін) немесе бөлгіш агент С бар бөлінетін А және В компоненттерінің үштік қоспалары болып табылатын гетероазеотроптарды қолдануға болады. Барлық жағдайларда азеотропты ректификация бағанындағы бөлінетін қоспаның құрамдас бөліктерінің бірін іс жүзінде таза түрде алуға болады.
Сурет 1.3 ең төменгі қайнау температурасы бар гомоазеотропты А компонентімен түзетін С бөлгіш агентімен жұмыс жасау кезінде азеотропты ректификацияны орнатудың схемасы көрсетілген. С бөлетін (азеотропты түзетін) агент 1 - бағанға А + В бастапқы қоспасының берілу нүктесінен жоғары емес, көбінесе-бастапқы қоспамен бірге беріледі. Бағанның жоғарғы жағында гомоазеотроп түрінде А + С қоспасының буы 3 конденсаторда конденсацияланады, ал төменгі жағында - кубтық қалдық ретінде - таза В компоненті. Азеотропты ректификация бағанынан шыққан гомоазеотропты (ерекше торапта 2) қажетті тазалықтағы А компонентіне және бөлуші агентке бөлуге жатады. Соңғысы азеотропты ректификация бағанына қайта оралады.
Сурет 1.7 Азеотропты ректификациялауға арналған қондырғы схемасы: 1 - азеотропты ректификациялауға арналған колонна (бағана), 2 - А және С компоненттерін бөлу торабы, 3 - конденсатор, 4 - қайнатқыш; I - салқындататын су, II-қыздыратын бу, III - конденсат, IV-бөлуші агент шығындарының орнын толтыру.
Азеотропты ректификация тізбектеріндегі ең күрделі және энергияны қажет ететін азеотропты қоспаны бөлу торабы болып табылады.
Гетероазеотропты құрайтын бөлгіш агент көмегімен А + В қоспасын бөлу оңайырақ. Соңғысы конденсациядан кейін олардағы бөлінетін компоненттердің әртүрлі қатынасы бар екі сұйық қабатты құрайды. Екі қабаттың құрамындағы бұл айырмашылық гомоазеотроптың пайда болуымен салыстырғанда ректификациялық бағанның өзі (және оның биіктігі) қажетті бөлу қабілетінің төмендеуімен бірге жүреді. Гетероазеотроптың қайнау температурасы әрқашан А және В компоненттеріне қарағанда төмен.
Гетероазеотроптардың ерекшелігі - бу құрамы мен сұйықтықтың жалпы құрамының теңдігі.
Гетероазеотропты қоспаны қабаттау және деканттау флоренция ыдысында жүзеге асырылады, бұл жеңіл және ауыр сұйықтықтың қабаттарын бөлек алып тастауға мүмкіндік береді.
Сурет 1.4 гетероазеотропты ректификацияға арналған қондырғы схемасы ұсынылған, флегма ретінде флоренциялық ыдыста конденсатты қабатталғаннан кейін сұйықтық қабаты қолданылады. А+В бастапқы қоспасы (1-ағын) кез-келген құрамдағы азеотропты түзуші болуы мүмкін, оның ішінде азеотропты қоспаға жақын, ол 1-бағанға беріледі. Егер гетероазеотропты қоспаның жұптарындағы АВ қатынасы бастапқыға қарағанда үлкен болса, онда жоғары қайнаған В компоненті осы бағаннан кубтық өнім ретінде шығарылады. Жоғарыдан шыққан үштік азеотроп жұптары 3 конденсаторда конденсацияланады. Конденсаттың қабатталуы флоренциялық 6-ыдыста жүреді. Бұл тепе-теңдік қабатталумен қатар бинарлы қоспаны таза компоненттерге бөлудің жалпы процесіне айтарлықтай үлес қосады.
Бір қабат (жоғарғы, А компонентінің мөлшері аз) 1-бағанға флегма ретінде оралады. Екінші қабат (схемада - төменгі, А компоненті көп) 2-бағанға жіберіледі. Гетероазеотроптың қайнау температурасы А компонентінен аз болғандықтан, гетероазеотроп жұптары 2 бағанының үстіне шығады. Олар 3 ' конденсаторға жіберіледі-көбінесе бұл екі бағанға ортақ. 2-бағанның төменгі жағынан берілген тазалықтағы А өнім алынады; соңғысы 2-бағанның биіктігіне байланысты, ол іс жүзінде оңай ұшатын гетероазеотроп сұйықтықтан шығарылатын айдау бағанасы болып табылады.
Сурет 1.8 Гетероазеотропты ректификацияны орнатудың негізгі схемасы. 1,2-бағандар, 3, 3'- конденсаторлар, 4,5 - қайнатқыштар, 6 - флоренция ыдысы, I-бастапқы қоспа; о, II - тиісінше 1 және 2 - бағандардағы кубтық қалдықтар; III, IV - 1 және 2-бағандардан бу құрамы; V, VI-сұйықтықтың тепе-тең қабаттарының құрамы.
Мұндай кешен, атап айтқанда, н-бутил спирті - су, винилацетат - су, май альдегид - су сияқты гетероазеотропты қоспаларды бөлу үшін қолданылады.
Дәл осындай кешен гомоазеотропты қоспаларды бастапқы қоспаның компоненттерімен гетероазеотропты құрайтын жаңа компоненттерді қосу арқылы бөлу үшін қолданылады. Мұндай бөлінудің мысалы көмірсутектер (бензол, толуол, гексан) болған кезде спирттердің (этил, изопропил) гетероазеотропты құрғауы болуы мүмкін. Мысалы, изопропил спиртін өндіру кезінде оны құрғату гетероазеотропты ректификацияның қабаттасуымен үйлескен кезде осындай кешенде жүзеге асырылуы мүмкін [4].
1.3. Зеотропты және азеотропты қоспаларды бөлу үшін күрделі бағандарды пайдалану
Күрделі бағандарға бүйірлі іріктеулері бар бағаналар, бірнеше қоректендіруі бар бағаналар, сондай-ақ толық немесе ішінара байланысқан (бүйір секциялары бар бағаналар) жылу және материалдық ағындары бар бағаналар жатады. Күрделі бағандарды бөлу кешенінің элементтері ретінде пайдалану бөлу процесін ұйымдастырудың мүмкін нұсқаларының санын күрт арттырады.
Байланысты жылу ағындары бар кешендер бірқатар өнеркәсіптік қоспаларды бөлуге қатысты зерттелді.
Оларды изо-С4, н-С4, изо-С5, н-С5 қоспаларын бөлу үшін газ фракциялау қондырғыларында пайдалану энергия шығынын шамамен 50% - ға азайтуға мүмкіндік береді [14].
Осындай нәтижелерді бензинді екінші рет айдау қондырғыларында жылу ағынымен байланысқан кешендерді қолдану арқылы беруге болады.
Мұнай өңдеуде кеңінен таралған булау секциялары шығарылатын колонналар (мұнайды бастапқы айдау, каталитикалық крекинг, ароматты көмірсутектерді бөлу, бензиндерді бастапқы айдау қондырғылары және т.б.) және шығарылатын нығайтатын секциялары бар колонналар (мысалы, азот, аргон және оттегі ала отырып ауаны бөлуге арналған кешендер) жылу ағынымен ішінара байланысқан кешендер ретінде жіктелуі керек. Ішінара байланысқан жылу ағындары бар өнеркәсіптік кешендер сурет 1.5 көрсетілген. Бұл кешендер жылу ағындары мен әдеттегі ректификация схемалары бар кешендер арасында аралық орын алады. Бөлу схемасы бойынша-бұл ауыр компоненттердің (шығарылатын булау секциялары бар колонналар) немесе жеңіл компоненттердің (шығарылатын нығайтатын секциялары бар колонналар) тізбекті бөліну схемалары. Бұл тізбектерде бір жалпы дефлегматор және бірнеше қайнатқыштар бар (мұнайды бастапқы айдау қондырғыларындағы қайнатқыштардың орнына булауды өткір су буымен пісіру қолданылады) немесе бір жалпы қайнатқыш және бірнеше дефлегматор бар. Ішінара байланысқан жылу ағындары бар кешендердегі бөлудің энергия шығындары толығымен байланысқан жылу ағындары бар кешендердегі шығындар арасындағы орташа болып табылады.
Сурет 1.9. Ішінара байланысқан жылу ағындары бар өнеркәсіптік ректификациялық кешендердің схемалары: а-шикі мұнайды фракцияларға бөлуге арналған бүйірлі булау секцияларымен; б-ауаны оттегіге, азотқа және аргонға бөлуге арналған бүйірлі нығайтушы секциямен [14].
Жақында әдебиеттерде бүйірлік іріктеуі (БІ) бар бір күрделі бағанда бинарлы азеотропты қоспаларды экстрактивті ректификациялау процесін ұйымдастыру мүмкіндігі туралы ақпарат пайда болды. Бұл әдіс классикалық схемамен салыстырғанда энергия шығынын азайтуға мүмкіндік береді, бірақ сонымен бірге өнім ағындарының сапасының төмендеуі байқалады.
Жұмыста [15] бинарлы азеотропты қоспаларды экстрактивті ректификацияның жаңа әдісімен бөлу ұсынылады. Бұл жағдайда үш компонент экстрактивті бағанның әртүрлі бөліктерінде ерекшеленеді (сурет 1.6 қараңыз). Орташа қайнаған компонент бүйірлі таңдау ретінде бу фазасында таңдалады. Бұл әдісті еріткіш жоғары қайнайтын жағдайда ғана қолдануға болады, бұл тәжірбиеде кездесетін әдеттегі жағдай. Мысал ретінде авторлар [15] этиленгликольді экстрактивті агент ретінде қолдана отырып, этанол - су қоспасын бөлу процесін қарастырды.
а б
Сурет 1.10. Экстрактивті ректификацияның әдеттегі процесі (а). Экстракциялық ректификацияның жаңа процесі (б).
Бұл әдісті басқа жүйелерді бөлу үшін қолдануға болады деп болжанады.
Есептеу эксперименті арқылы авторлар дәстүрлі және жаңа нұсқаларды салыстырды. Фазалық тепе-теңдікті есептеу үшін олар NRTL теңдеуін қолданды. Жаңа экстрактивті бағандағы табақтардың саны дәстүрлі экстрактивті ректификация схемасының бірінші бағанындағы табақтардың санына тең болды.
Авторлар бағанның биіктігі бойынша компоненттердің концентрация профильдерін алды, олар дәстүрлі схемадағы профильдерден айтарлықтай ерекшеленеді.
Процесті ұйымдастырудың жаңа әдісі энергия шығындарын біршама азайтуға мүмкіндік береді. Алайда, өнім ағындарының сапасы төмендейді, ал экстрактивті агенттің (ЭА) үлкен шығындарымен оның бүйірлік ағын түрінде таңдалған өнімдегі мөлшері одан әрі артады.
Авторлар [16] толығымен байланысқан жылу және материалдық ағындары бар тізбектерді қарастырды.
Жеке екі секциялы бағандар арасында жылу байланысын жүзеге асыру үшін олардың әрқайсысы қуат нүктесінде және соңғы нүктелерде қарама-қарсы бағытталған бу және сұйық ағындарға іргелес бағандарға қосылады (сурет 1.7 қараңыз).
Сурет 1.11. Байланысты жылу ағындары бар тізбектер және n=2-3 ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz