Проєктування ректифікаційної установки для комплексного розділення пропан-бутанових сумішей

image_print
DOI
Журнал Проблеми машинобудування
Видавець Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
ISSN 2709-2984 (print), 2709-2992 (online)
Випуск Том 29, № 2, 2026 (червень)
Сторінки 6–12

 

Автори

Ю. М. Симоненко, Одеський національний технологічний університет (65039, Україна, м. Одеса, вул. Канатна, 112), e-mail: iu.symonenko@gmail.com, ORCID: 0000-0002-7827-0591

Б. Г. Грудка, Одеський національний технологічний університет (65039, Україна, м. Одеса, вул. Канатна, 112), e-mail: bogdangennadievich@gmail.com, ORCID: 0000-0003-1200-5442

Е. В. Матвєєв, Одеський національний технологічний університет (65039, Україна, м. Одеса, вул. Канатна, 112), e-mail: kriogen.magistr@gmail.com, ORCID: 0000-0003-0749-689X

 

Анотація

Дана робота присвячена питанням проєктування й експериментального дослідження дослідно-промислової ректифікаційної установки, призначеної для комплексного розділення пропан-бутанових сумішей, що одержуються при підготовці природного газу та його зрідження. Актуальність теми зумовлена гострою необхідністю використання екологічно безпечних натуральних холодоагентах, таких, як пропан (R290) та ізобутан (R600a), які стають все більш затребуваними в холодильній техніці. Автори наголошують на значущості глибокої переробки вуглеводневої сировини. Так, багатоступенева переробка дозволяє суттєво підвищити додану вартість кінцевої продукції – пропану й бутану високої чистоти. У статті надано теоретичне обґрунтування вибору технологічної схеми. У ході попередніх розрахунків встановлено, що через значну різницю в теплофізичних властивостях бінарних систем (пропан-ізобутан і пропан-пропілен) застосування однієї ректифікаційної колони неефективне. Проєктована установка включає дві колони з різними геометричними параметрами, заповнені нерегулярною сітчастою насадкою, що забезпечує ефективний тепломасообмін. Особливу увагу приділено інноваційному підходу до організації системи теплохолодопостачання. Розроблена система інтегрує два парокомпресійні холодильні агрегати безпосередньо в технологічний цикл колон. Випарники холодильних машин, вбудовані в конденсатори колон, дозволяють створювати потік флегми, необхідної для ректифікації, а конденсатори машин підводять тепло до кубів колон. Даний підхід дозволяє підтримувати стабільний тиск в апаратах та гнучко регулювати температурні рівні. Експериментальна перевірка установки під час переробки «брудного» пропану підтвердила проєктні очікування: досягнуто 99,9% чистоти цільового продукту. Показано технічну можливість доочищення пропану до 99,96% за допомогою повторної перегонки у другій колоні. Установка має високу гнучкість, що уможливлює безвідходну переробку вихідної сировини з виділенням бутану, ізобутану й пропілену як самостійних товарних продуктів шляхом зміни робочих температурних режимів. Отримані результати демонструють високу ефективність запропонованих технічних рішень для виробничих потужностей.

 

Ключові слова: ректифікація, пропан-бутанова суміш, природний газ, натуральні холодоагенти, насадкова колона, теплохолодопостачання.

 

Література

  1. UNEP (United Nations Environment Programme). Report of the technology and economic assessment panel: Alternative refrigerants for high ambient temperature countries. Nairobi: UNEP, 2021. 184 p.
  2. Lemmon E. W., Huber M. L., McLinden M. O. NIST Reference fluid thermodynamic and transport properties (REFPROP. Version 9.1): U.S. Department of commerce. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Maryland. 2013.
  3. Kidnay A. J., Parrish W. R., McCartney D. G. Fundamentals of natural gas processing (2nd ed.). CRC Press, 2011. 574 р. https://doi.org/10.1201/b14397.
  4. Green D. W., Southard M. Z. Perry’s chemical engineers’: handbook. 9th edn. New York: McGraw-Hill Education, 2018. 2272 р.
  5. Kiss A. A. Advanced distillation technologies: Design, control and applications. Chichester: John Wiley & Sons, 2013. 418 p. https://doi.org/10.1002/9781118543702.
  6. Симоненко Ю. М., Грудка Б. Г. Насадкові колони в технології отримання натурального холодоагенту – пропану (R290). Фізика аеродисперсних систем. 2026. № 64. С. 30–40.
  7. Gorak A., Sorensen E. Distillation: Fundamentals and principles. Academic Press, 2014. 506 p. https://doi.org/10.1016/C2010-0-66923-9.
  8. Lim J. S., Ho Q. N., Park J.-Y., Lee B. G. Measurement of vapor-liquid equilibria for the binary mixture of propylene (R-1270) + propane (R-290). Journal of Chemical & Engineering Data. 2004. Vol. 49. Iss. 2. Р. 192–198. https://doi.org/10.1021/je030106k.
  9. Pu X., Cao R., Liu Y., Hao Y., Jiang W., Wu L., Bai Z. Precise correlation of propylene-propane system and its analysis of relative volatility. Fluid Phase Equilibria. 2018. Vol. 473. P. 192–200. https://doi.org/10.1016/j.fluid.2018.06.016.
  10. Javed A., Hassan A., Babar M., Azhar U., Riaz A., Mujahid R., Ahmad T., Mubashir M., Lim H. R., Show P. L., Khoo K. S. Comparison of the exergy efficiencies of various heat-integrated distillation columns. Energies. 2022. Vol. 15. Iss. 18. Article 6498. https://doi.org/10.3390/en15186498.
  11. Wagner A. M. Review of thermosyphon applications. Report number: ERDC/CRREL-TR-14-1Affiliation: Engineer Research and Development Center, Cold Regions Research and Engineering Laboratory. 2014. 37 p.
  12. Razzaq M. A., Ahamed J. U., Hossain M. A. M., Hossain S. A review on hydrocarbon (HCS) as an alternative refrigerant: based on thermodynamic and environmental approach. Mechanical Engineering Research Journal. 2018. Vol. 11. P. 86–96.

 

Надійшла до редакції 09.05.2026
Прийнята 21.05.2026
Опублікована 30.06.2026