2. Автономный модуль для получения

особочистого пропилена.

Исходные данные. В автономный модуль поступает 150 кг/ч жидкой смеси, в составе которой содержится пропилен с концентрацией 99,6 % С₃Н₆ (объемных) и остальное пропан (С₃Н₈). В процессе разделения смеси необходимо получить в качестве целевого продукта пропилен с концентрацией 99,992% С₃Н₆ (объемных).

Принципиальная схема основной части автономного модуля приведена на рис. 7.

Рис. 7. Принципиальная схема узла ректификации

для получения особочистого пропилена.

I – колонна 1; II – мерник; III – куб (испаритель);

IV – конденсатор (испаритель холодильной машины);

1, 3, 7, 8, 10 – манометры; 2, 4, 6 – вентили; 5, 7 – указатели уровня;

9 – предохранительный клапан; 11 – разрывная мембрана; 12 – термометр

Исходная смесь V_T в жидком виде под давлением около 0,16 МПа через вентиль 2 подается в ректификационную колонну I. В этой колонне, работающей при среднем давлении 0,15 МПа и состоящей из укрепляющей и исчерпывающей секций, происходит очистка пропилена от большей части пропана, содержащегося в исходной смеси. Согласно данным, приведенным в [8] температуры кипения пропана (С₃Н₈) и пропилена (С₃Н₆) при p = 0,1013 МПа соответственно равны 231,1 К и 225,25 К. Таким образом, в разделяемой смеси, состоящей лишь из пропана и пропилена, пропан является высококипящим, а пропилен низкокипящим компонентом.

Для обеспечения процесса ректификации и поддержания необходимых флегмовых отношений в секциях колонны, колонна I оборудована конденсатором (дефлегматором) IV и испарителем III. Работа колонны I заключается в получении особочистого пропилена, низкокипящего компонента, который собирается в верхней части укрепляющей части колонны, конденсируется в конденсаторе IV и через вентиль 6 отводится в качестве целевого продукта D1. остальная часть паров, сконденсированных в конденсаторе IV в качестве флегмы стекает на верхнюю ректификационную тарелку укрепляющей секции колонны I, обеспечивая процесс ректификации.

Для обеспечения процесса конденсации паров, поступающих в конденсатор IV с верха колонны I, в модуле используется холодильная машина (на рис. 7 не показана), из которой жидкий хладагент подается в конденсатор, где кипит, а образовавшиеся пары возвращаются в холодильную машину.

В нижней части модуля расположен испаритель III, в котором происходит кипение части жидкости, поступающей из колонны I. Образовавшиеся при кипении пары возвращаются снова в колонну I, обеспечивая в ней процесс ректификации. Так как по мере стекания жидкости по колонне она обогащается высококипящим компонентом, в данном случае пропаном, то часть жидкости, в которой содержится пропан из испарителя III через вентиль 4, отводится из модуля в виде потока кубовой жидкости R1, обогащенной пропаном.

Для подвода требуемой теплоты в испаритель подается пар, который конденсируется и за счет теплоты которого достигается получение необходимого потока пара, поднимающегося по колонне 1. Сконденсированный пар в виде конденсата затем выводится из змеевика.

В процессе эксплуатации обеспечивается контроль давления в колонне I и в зоне кипения хладагента в конденсаторе IV. Одновременно с помощью указателей уровня постоянно фиксируются уровни жидкости в испарителе 5, конденсаторе 7 и уровень жидкого хладагента в конденсаторе.

При получении данных о работе автономного модуля производилось два этапа расчета. Предварительно осуществлялся расчет для определения возможных величин основных параметров работы модуля.

В результате предварительных расчетов, где количество исходной смеси, подаваемой в модуль, было принято равным 1 нм³, рассчитывались материальные потоки и их концентрации по пропилену.

При решении уравнений материального баланса было принято, что величина потока R1 составляет 0,05 нм³ или 5 % от потока исходной смеси, подаваемой на разделение в автономный модуль.

В этом случае концентрация потока х_R = 92,15 % С₃Н₆, при величинах потоков D1 и R1 соответственно равных 0,95 и 0,05 нм³.

Давление в колонне 1 было принято равным 0,15 МПа. Тогда температура конденсации вверху колонны и кипения жидкости внизу может быть определена по значениям упругости паров пропана и пропилена, приведенных в табл. 1 по данным [9].

Таблица 1.