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

Рассмотрим предложенные схемы более подробно.

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

Рис. 6. Технологические схемы разделения (а, б) и их графы (в, г) Технологическая схема 2 представлена на рис. 7 а, в. Первая колонна схемы 2

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

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

ис. 7. Технологические схемы разделения (а, б) и их графы (в, г)

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

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

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

хема 1 Схема 2

Схема 1 Схема 2

Схема 3 Схема 4

Рис. 8. Технологические схемы разделения смеси этан-пропен-пропан

Разделение смеси по схемам из простых и сложных колонн

Итак, нами было предложено четыре схемы ректификации.

Сравнение энергопотребления схем проводили по критерию минимальных энергозатрат, которые вычисляли как сумму тепловых нагрузок на кипятильники колонн. Все аппараты технологической схемы работают при давлении 40 кг/см2.

Все расчеты проводили на 20 тон/час исходной смеси различных составов с помощью программного комплекса PRO П. Известно, что концентрационный симплекс исходных составов питания делится на области оптимальности, в каждой из которой оптимальна своя технологическая схема. Размер и положение этих областей определяется составом питания разделяемой смеси при прочих равных параметрах. Поэтому нами были выбраны 4 различных состава, указанных в таблице 8.

Таблица. 8. Исследуемые составы питания