SIMULATION AND OPTIMIZATION OF THE DISTILLATION COLUMN TO PRODUCE 97 % PROPYLENE

2018;
: 111-118
Authors:
1
Lviv Polytechnic National University

The article is devoted to modeling and optimization of the rectification unit for the separation of the propylene-propane mixture.

Propene (often known as propylene) is a very important building block for a large number of chemicals, including the addition polymer, poly(propene).

The principal uses of propene are to produce: propenal (acrolein) which is oxidized to propenoic acid (acrylic acid) which, in turn, is used to make acrylic polymers; propenonitrile (acrylonitrile) which is the monomer for poly(propenonitrile); cumene ((1-methylethyl)benzene or isopropylbenzene) which is then used to make phenol and propanone (acetone); epoxypropane (propylene oxide) which is used to make diols for the manufacture of polyurethanes and solvent; butanal (butrylaldehyde) and hence butanol, used as a solvent for surface coatings.

Propylene is obtained by rectification. In chemical technology, the process of rectification for power consumption is extremely uneconomical. Creating optimal conditions for the process and improving the efficiency of separation of binary mixtures is relevant.

In this paper, the equilibrium ratio of the vapor-liquid phase and the enthalpy of phases are calculated by using the equation of state Soave-Redlich-Kwong (SRK).

The Soave-Redlich-Kwong equation is very effective for predicting K-values for hydrocarbon systems at medium to  high pressures.  Good results have been obtained by using this method for demethanizers, de-ethanizers, depropanizers, debutanizers, wellhead processes, etc.

The compressibilities and mixture fugacity coefficients for both vapor and liquid phases are derived from the Soave-Redlich-Kwong equation of state.  The binary interaction parameters are included for several hydrocarbons and non-condensible gases.  User supplied data is usually not required for this method.  However, the binary interaction parameters can be modified or supplied by editing them in the CHEMCAD databases.

The alpha function used by SRK gives unrealistic results for light gases at high reduced temperatures. Authors [12 – 14] developed an alternative alpha function to the one above for temperatures exceeding critical.

The equation Soave-Redlich-Kwong (SRK) of state binary interaction parameter may be specified as a temperature dependent equation. In this paper, binary interaction parameters extend cubic equations of state beyond systems with only modest deviation from ideal gas.

On the basis of the Soave-Redlich-Kwong model, a paramagnetic phase diagram for propylene and a diagram of the dependence of the boiling temperature and propylene condensation on the composition of the phases were constructed in ChemCAD's universal simulation system.

Flow characteristics and technological parameters of the column are obtained. The structural characteristics of the column and its elements are modeled. The price of equipment is calculated in money terms. The optimization problem is solved. Maximization of column productivity by distillate is modeled. The increase in the yield of commodity propylene at 138.78 kg / h is the result of optimization. . The calculated optimization criterion is 97%. The characteristics of the optimized column are obtained in graphical and tabular form.

1. Софиева Ю. Н., Абрамов К. В. Применение пакета моделирующихпрограммChemCAD в
учебно-тренировочных комплексах для изучения систем автоматизации ректификационных
установок // Инженерный вестник Дона, 2012, № 1 URL: ivdon. ru/ru/magazine/archive/n1y2012/619.
2. Абрамов К. В. Методика определения коэффициентов ПИД-контроллера при моделировании
автоматизированных систем управления ректификационной колонной с применением пакета
ChemCAD // Инженерный вестник Дона, 2011, № 2 URL: ivdon. ru/ru/magazine/archive/n2y2011/444.
3. Волков Д. Н., Вилков Г. Г. Проектирование сложных ректификационных колонн на основе
энтропийного метода моделирования. Инженерный вестник Дона, № 1 (2015) ivdon.
ru/ru/magazine/archive/n1y2015/2748. 4. Волков Д. Н., Вилков Г. Г. Энтропийное моделирование
сложных ректификационных колонн // Научно-технический вестник Поволжья. – 2013. – № 5. –
C. 134–139. 5. Рапопорт Э. Я. Анализ и синтез систем автоматического управления с распре-
деленными параметрами: учеб. пособие / Э. Я. Рапопорт. – М.: Высш. шк., 2005. – 292 с.
6. Белоброва Е. В. Автоматическое управление тепломассообменными процессами с подвижными
распределенными регулирующими воздействиями / Е. В. Белоброва, А. Р. Шейкус, В. И. Корсун //
118
Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2014. – № 5/2 (71). – С. 51–55.
7. Левчук И. Л. Способ управления процессом ректификации с помощью распределенных
управляющих воздействий / И. Л. Левчук, А. Р. Шейкус, В. Я. Тришкин // Вісник НТУ “ХПІ”. Серія:
Нові рішення в сучасних технологіях. – 2015. – № 14 (1123). – С. 100–105. 8. Комиссаров Ю. А.
Математическое моделирование при расчете парожидкостного равновесия многокомпонентных
систем / Ю. А. Комиссаров, Дам КуангШанг // Вестник АГТУ. Серия: Управление, вычислительная
техника и информатика. – 2011. – № 1. – С. 43–50. 9. Тархов К. Ю. Особенности влияния
относительной летучести компонентов на расчет и структуру диаграмм фазового равновесия
жидкость-пар многокомпонентных смесей / К. Ю. Тархов, Л. А. Серафимов, А. М. Андреева //
Вестник МИТХТ. – 2011. – Т. 6. – № 1. – С. 61–73. 10. Шейкус А. Р., Левчук И. Л., Тришкин В. Я.,
Корсун В. И. Моделирование парожидкостного равновесия при подвижном управлении процессами
ректификации // Вісник Нац. техн. ун-ту “ХПІ”. – 2016. – № 44 (1216). – С. 87–100.
11. Математическое моделирование химико-технологических систем с использованием программы
ChemCad: учебно-методическое пособие / Казан. гос. технол. ун-т. Сост.: Н. Н. Зиятдинов,
Т. В. Лаптева, Д. А. Рыжов. – Казань, 2008. – 160 с. 12. Neau E. The Soave, Twu and Boston–
Mathiasalpha functions in cubic equations of state. P. II. Modeling of thermodynamic properties of
purecompounds / E. Neau, O. Hermandez-Garduza // Fluid phase equilibria. – 2009. – Vol. 276. –
P. 156–164. 13. Lemmon E. W. NIST standard reference database23: reference fluid thermodynamic and
transportproperties – REFPROP, Version 9.1: standardreference data program / E. W. Lemmon,
M. L. Huber, M. O. McLinden; National Instituteof Standards and Technology. – Gaithersburg, 2013.
14. Герасимов А. А., Александров И. С., Григорьев Б. А., Люгай Д. В. Математическое
моделирование пластовых систем, уравнения состоянияи фазовые равновесия пластовых флюидов
и их компонентов // Научно-технический сборник “Вести газовой науки. Актуальные вопросы
исследований пластовых систем месторождений углеводородов”. – 2015. – № 4 (24). – С. 5–13.