СРАВНЕНИЕ СПОСОБОВ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ ПРИ РЕКТИФИКАЦИИ ЖИДКИХ СМЕСЕЙ
Аннотация
Проведен анализ и обзор научной литературы по способам и подходам к энергосбережению в ректификации, как одном из наиболее энергоемких процессов разделения бинарных и многокомпонентных смесей. Выделены направления научной литературы, показывающие актуальность метода термодинамической оценки процессов разделения. Выполнен сравнительный анализ различных способов энергосбережения при разделении жидких бинарных смесей методом ректификации (в качестве примера была выбрана бинарная смесь бензол-толуол). Рассматривалась обычная ректификационная колонна, колонна с тепловым насосом и колонна с тепло-интеграцией. В результате расчетного эксперимента для каждого варианта, выполненного с помощью программного комплекса Aspen Plus, определены оптимальные параметры колонны – общее число тарелок и положение тарелки питания, в качестве целевой функции были приняты затраты теплоты в кубе колонны. Также показано, что при одинаковых характеристиках колонн наилучшим способом организации процесса для разделения выбранной смеси является сжатие парового потока из укрепляющей части колонны с последующим его использованием в кипятильнике отгонной части по принципу теплового насоса. Установлено расчетным экспериментом, что теплоинтеграция, осуществляемая путем сжатия пара из укрепляющей секции колонны, и подачи его в отгонную секцию дает значительно меньшее энергосбережение. Проведен расчет внутреннего энергосбережения по ректификационной колонне и показано, что распределенный отвод теплоты с тарелок укрепляющей части колонны и подвод этой теплоты к тарелкам отгонной понижает внутреннее энергосбережение и приводит к дополнительному увеличению затрат теплоты в кипятильнике.
Литература
Frolkova A.V., Logachev D.S., Ososkova T.E. Separa-tion of diethyl ether+hexane+ethyl acetate+ethanol qua-ternary system via extractive distillation. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2020. V. 63. N 10. P. 59. DOI: 10.6060/ivkkt.20206310.6228.
Halvorsen I.J., Skogestad S. Energy efficient distillation. J. Natural Gas Sci. Eng. 2011. V. 3. N. 4. P. 571. DOI: 10.1016/j.jngse.2011.06.002.
Anokhina E.A., Timoshenko A.V., Rudakov D.G., Timofeev V.S., Tatsievskaya G.I., Matyushenkova Yu.V. Energy saving in rectification using complexes with connected flows. Vestn. MITKhT. 2011. V. 6. N 4. P. 28-39 (in Russian).
Alcantara-Avila J.R., Cabrera-Ruiz J., Segovia-Hernandez J.G., Hernandez S., Ben-Guang Rong. Controllability analysis of thermodynamically equivalent thermally coupled arrangements for quaternary distillations. Chem. Eng. Res. Design. 2008. V. 86. N 1. P. 23-37. DOI: 10.1016/j.cherd.2007.10.006.
Nakaiwa M., Ohmori T. Process intensification for energy savings through concept of «detuning» from ideal state. Translation from Synthesyology. 2009. V. 2. N 1. P. 51.
Kiss A.A., Landaeta S.J.F., Ferreira C.A.I. Towards energy efficient distillation technologies – Making the right choice. Energy. 2012. V. 47. P. 531. DOI: 10.1016/j.energy.2012.09.038.
Zakharov M.K., Boichuk A.A. The influence of internal energy saving on the choice of the optimal variant of heating initial mixture in a distillation column. Tonk. Khim. Tekhnol. 2018. V. 13. N 3. P. 23-29. (in Russian).
Shamsuzzoha M., Seki Hiroya, Lee Moonyong. Design and Analysis of Divided wall column. Proceeding of the 6 th International conference on Process Systems Engineering (PSE ASIA). 25 - 27 June. 2013. P. 25.
Kim Y.H. Design and control of energy-efficient distillation col-umns. Korean J. Chem. Eng. 2016. V. 33. N 9. P. 2513−2521. DOI: 10.1007/s11814-016-0124-4.
Sun L., Li J., Liu X. Research on configuration of the thermally integrated distillation columns (TiDC). Adv. Res. on electron. Commerce. 2011. V. 143. P. 335−339. DOI: 10.1007/978-3-642-20367-1_54.
Lukacalvorsen I. J., Olujec Z., Dejanovic I. On controllability of four-product dividing wall columns. CET. 2018. 69. P. 259−264.
Zakharov M.K. Energy saving distillation. М.: Lan. 2018. 252 p. (in Russian).
Petlyuk F.B., Serafimov L.A. Multicomponent distillation. Theory and calculation. М.: Khimiya. 1983. 304 p. (in Russian).
Benedict M. Multistage separation processes. Chem. Eng. Process. 1947. V. 43. N 2. P. 41−60.
Fonyo Z. Thermodynamic analysis of rectification I. Reversible model of rectification. Inter. Chem. Eng. 1974. V. 14. N 1. P. 18−27.
Serafimov L.A., Chelyuskina T.V. Special Rectification Regimes. Pt. I. The manual. M.: Izd. MITKhT. 2013. V. 47. N 4. P. 370 (in Russian).
Ainstein V.G., Zakharov M.K., Nosov G.A. Optimization of a complete heat pump in chemical technology processes. Chem. Prom. 2001. N 1. Р. 18−27.
Zakharov M.K., Martynova M.M., Prusachenkova M.I. Comparison of heat consumption in the separation of binary mixtures using distillation and rectification. Theor. Found. Chem. Eng. 2018. V. 52. N 4. P. 730−734. DOI: 10.1134/S0040579518040322.
Zakharov M.K., Nosov G.A., Pisarenko Yu.A., Zhiltsova LM., Shvets A.A. Comparison of distributed heat supplies along the height of fractionating columns with conventional fractionation. Theor. Found. Chem. Eng. 2017. V. 51. N 5. P. 708−715. DOI: 10.1134/S0040579517050402.
Zakharov M.K., Shvets A.A. Selection of the optimal rectification plant layout for the separation of three-component mixtures. Khim. Tekhn. 2016. V. 17. N 6. P. 256-262 (in Russian).
Zakharov M.K., Boichuk A.A. Influence of internal energy saving on selection of optimal scheme of heating for mixture separation in fractionating column. Chem. Petrol. Eng. 2019. V. 54. N 11−12. P. 901−909. DOI: 10.1007/s10556-019-00570-4.
