В качестве критерия при подборе оптимальных рабочих параметров колонн мы использовали минимум суммарных энергетических затрат в кипятильниках колонн:

где: N - число колонн в технологической схеме.

Энергетические затраты в кубе каждой колонны рассчитываются исходя из общего теплового баланса.

Для колонны экстрактивной ректификации уравнение теплового баланса имеет вид:

(5.2)

где:

- количество тепла, поступающее с потоком исходной смеси;

- количество тепла, поступающее в колонну с потоком экстрактивного агента;

- количество тепла, отводимое из колонны с потоком дистиллята;

- количество тепла, отводимое из колонны с кубовым потоком;

- количество тепла, отводимое при конденсации потоков дистиллята и флегмы;

Откуда затраты тепла в кипятильнике:

(5.3)

или

(5.4)

При заданном количестве и составе питания, а также заданном качестве продукта, поток дистиллята определяется из общего материального баланса колонны и является фиксированной величиной. Следовательно, теплосодержание верхнего продукта QD есть величина практически постоянная. Величина кубового потока также определяется из материального баланса и зависит от соотношения исходная смесь : ЭА. Следовательно, теплосодержание нижнего продукта QW зависит от расхода разделяющего агента.

При проведении расчетов мы полагали, что исходная смесь поступает в колонну при температуре кипения.

Таким образом, величина энергетических затрат в кубе экстрактивной колонны в данном случае зависит в основном от флегмового числа, температуры и расхода подаваемого в колонну экстрактивного агента.

Как известно, флегмовое число в колонне заданной эффективности определяется, с одной стороны, природой разделяемой смеси, а с другой, положением тарелки питания, поскольку в зависимости от точки подачи исходной смеси в колонне формируется определенный профиль концентраций компонентов (траектория ректификации).

В колонне экстрактивной ректификации на формирование профиля оказывает существенное влияние и уровень ввода экстрактивного агента.

Температура подачи в колонну экстрактивного агента оказывает неоднозначное влияние на величину энергозатрат. С одной стороны, как видно из уравнения (4.3), чем выше температура экстрактивного агента, тем меньше на первый взгляд Qкип. Однако, поскольку экстрактивный агент подают в верхнее сечение колонны при этом увеличивается его концентрация на верхних тарелках, и для получения дистиллята заданного качества потребуются более высокие значения флегмового числа, что, в свою очередь, приводит к росту Qкип.

Для колонны регенерации ацетонитрила уравнение теплового баланса имеет вид:

(5.5)

(обозначения те же, что и в формуле 5.2)

Количество питания, потоки дистиллята и куба в этой колонне при фиксированном соотношении исходная смесь : экстрактивный агент и заданном качестве продуктовых потоков определяются из общего материального баланса схемы, и являются постоянными величинами. Поэтому в данном случае Qкип зависит в основном от флегмового числа, которое, в свою очередь, определяется положением тарелки подачи в колонну исходной смеси.

Таким образом, существует определенный набор рабочих параметров, при котором энергозатраты на разделение минимальны.

· Для колонны экстрактивной ректификации такими параметрами являются: взаиморасположение тарелок подачи в колонну исходной смеси и экстрактивного агента, температура и расход экстрактивного агента, флегмовое число.

· Для колонны регенерации экстрактивного агента: уровень ввода исходной смеси и флегмовое число.