Схемы, содержащие простые двухотборные колонны.

Исследуемая смесь циклогексан – бензол – этилбензол является многокомпонентной, следовательно, ввиду поливаринтности процесса ректификации для ее разделения возможен ряд структур технологических схем. Для синтеза вариантов разделения используем методику, предложенную в [68], основанную на графовом представлении схем ректификации.

К настоящему времени сложилась классификация схем экстрактивной ректификации. Все возможные варианты разделения можно разбить на две большие группы [69]. К первой группе относятся схемы, в которых уже на первом этапе разделения применяется экстрактивный агент и, соответственно, снимаются термодинамико–топологические ограничения на составы продуктовых фракций. Вторая группа характеризуется предварительным фракционированием исходной многокомпонентной смеси вплоть до выделения фракции азеотропообразующих компонентов. Затем эту фракцию разделяют экстрактивной ректификацией.

Вначале приведем алгоритм синтеза схем разделения трехкомпонентной азеотропной смеси циклогексан (А) – бензол (В) – этилбензол (С), анилин (S) – разделяющий агент для случая, когда экстрактивный агент применяется на первой стадии разделения и, следовательно, подается в первую колонну:

Выбираем портрет парожидкостного равновесия в соответствии с классификацией Л.А. Серафимова [70]. В нашем случае это структура типа 3.1.0 т1а с прямой ориентацией дистилляционных линий (рис.13).

Синтезируем схемы ректификации четырехкомпонентной зеотропной смеси (рис.15 а-д) и представляем их в форме орграфов типа L (рис.16 а-д).

Рис.15. Схемы разделения (а-д) – четырехкомпонентной зеотропной смеси. А, В, С – компоненты смеси, S – тяжелокипящий агент, F – питание АВСS

Рис.16. Синтез графов – схем экстрактивной ректификации

В существующем наборе схем (рис.16 а-д) выделяем вершины, в которые необходимо направить ребро из S (экстрактивная колонна в схеме) и помечаем их. Для выбранного типа схем экстрактивной ректификации это вершины – колонны, первые по ходу разделения. Выделяем их темным кружком.

Проводим расщепление вершины F на Fn и S, удаляем вершину S, инциндентную исходящему ребру. Эта операция эквивалентна замене вершины F на Fn.

Связываем вершину S с помеченной вершиной-колонной ориентированным исходящим из S ребром и проверяем полученные структуры (рис.16 л-и) на работоспособность.

Из пяти полученных графов только два (рис.16 л, м) удовлетворяют условиям работоспособности. Они соответствуют технологическим схемам рис.17.

Рис.17. Работоспособные схемы для структуры парожидкостного равновесия 3.1.0.

Далее рассмотрим алгоритм синтеза для второго класса схем экстрактивной ректификации. Поскольку первоначально происходит фракционирование исходной смеси, то для всех схем такого класса характерно применение экстрактивного агента на любой из стадий разделения, кроме первой. Кратко рассмотрим основные стадии алгоритма:

Определяем тип диаграммы фазового равновесия (тип 3.1.0 т1а с прямой ориентацией дистилляционных линий).

Синтезируем схемы ректификации четырехкомпонентной зеотропной смеси. Но, определяя последовательность выделения компонентов, необходимо рассмотреть возможность фракционирования исходной смеси на азеотропную и зеотропную составляющие. Видно, что компонент С (в нашем случае – этилбензол) может быть выделен и без применения экстрактивной ректификации. Из предложенных пяти возможных вариантов разделения только одна схема (рис.18) отвечает этому условию.