Технологии повышения эффективности процесса ректификации

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Повышение энергетической эффективности ректификационных колонн, широко используемых в различных областях промышленности, находится в центре внимания многих исследователей. Несмотря на то, что традиционные ректификационные колонны широко распространены, соответствуют высокому технологическому совершенству и низким капитальным затратам, применение новых технологий может значительно снизить эксплуатационные затраты, привести к существенной экономии общих затрат на установку ректификации и важно для достижения устойчивого развития в целом. В данной статье рассматриваются и сравниваются технологии, направленные на повышение энергоэффективности ректификационных установок: многоэффектная ректификация, термически связанная ректификация и диабатическая ректификация. Многоэффектная ректификация позволяет увеличивать количество ступеней разделения, тем самым повышая эффективность процесса. В термически связанной ректификации благодаря прямому контакту потоков пара и жидкости из различных колонн снижается количество необходимых теплообменных аппаратов. Диабатическая ректификация характеризуется тем, что в колонне применяются управляемые теплообменные аппараты, обеспечивающие приближение условий рабочего процесса к линии фазового равновесия системы. Также в работе описаны некоторые перспективные разработки, связанные с усовершенствованием конструкции ректификационных колонн: такие как колонна с разделительной стенкой и ректификация с промежуточными теплообменниками. Указанные технологии имеют свои преимущества и могут быть при определенных условиях интегрированы в промышленность. Цель данной статьи — рассмотреть и сравнить наиболее распространенные существующие решения, направленные на повышение энергетической эффективности ректификационных колонн.

Об авторах

Чжансиньи Лю

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана

Автор, ответственный за переписку.
Email: lyuch@student.bmstu.ru
ORCID iD: 0009-0004-5524-8537
Россия, 105005, Москва, 2-я Бауманская улица, 5

Максим Юрьевич Куприянов

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана

Email: kupriyanov.m@bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0003-2180-1221
SPIN-код: 2716-2525

канд. техн. наук

Россия, 105005, Москва, 2-я Бауманская улица, 5

Виктория Дмитриевна Кононова

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана

Email: victoriadmitrievna@live.ru
ORCID iD: 0009-0008-8609-6205
SPIN-код: 5369-7308
Россия, 105005, Москва, 2-я Бауманская улица, 5

Список литературы

  1. Kalinina EI, Brodyansky VM. Technical and economic analysis of systems of separation of gas mixtures. Moscow: MEI; 1979. (In Russ.)
  2. Golovko GA. Cryogenic production of inert gases. Mashinostroenie, 1983. (In Russ.)
  3. Alexandrov IA. Rectification and absorption apparatuses: (Calculation methods and basics of design). Moscow: Khimiya; 1965. (In Russ.)
  4. Beregovykh VV, Korabel’nikov MM, Serafimov LA. Strategy of synthesis and analysis of technological schemes of rectification. Chem. pharm. Journal. 1985;(3):202–206. (In Russ.) Accessed: 27.08.2024. Available from: http://magzdb.org/num/3157279
  5. Zakharov MK, Pisarenko YA. Theoretical rationale for the selection of the optimal scheme of separation of the three-component mixture. Fine Chemical Technologies. 2017;12(4):43–49. (In Russ.) doi: 10.32362/2410-6593-2017-12-4-43-49
  6. Zakharov MK, Shvets AA. Dependence of external and internal energy-saving for rectification of binary mixtures. Fine Chemical Technologies, 2016,11(1):40–44. (In Russ) doi: 10.32362/2410-6593-2016-11-1-40-44
  7. Li Q, Ye Y. Principle of multiple-effect distillation and its application. Progress in Chemical Engineering. 1992;(6):40–43. (In Chinese) Accessed: 27.08.2024. Available from: https://d.wanfangdata.com.cn/periodical/QK000001312316
  8. Phillip CW. Multi-effect distillation processes. Industrial & Engineering Chemistry Research. 1993;32(5):894–905. doi: 10.1021/ie00017a017
  9. Dai WY, Gu LL, Guo XT, et al. Research progress on energy-saving technologies of double-effect distillation. Chemical Technology. 2013;(1):54–57. (In Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1008-0511.2013.01.014
  10. Bravo-Bravo C, Segovia-Hernández JG, Gutiérrez-Antonio C, et al. Extractive dividing wall column: design and optimization. Industrial & Engineering Chemistry Research. 2010;49(8):3672–3688. doi: 10.1021/ie9006936
  11. Kartashov MO. Optimal design of rectification plants in Aspen Plus. 2020. (In Russ.) Accessed: 27.08.2024. Available from: http://earchive.tpu.ru/handle/11683/61004
  12. Zhai C, Liu Q, Romagnoli JA, et al. Modeling/simulation of the dividing wall column by using the rigorous model. Processes. 2019;7(1):26. doi: 10.3390/pr7010026
  13. Dejanović I, Matijašević L, Olujić Ž. Dividing wall column — A breakthrough towards sustainable distilling. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification. 2010;49(6):559–580. doi: 10.1016/j.cep.2010.04.001
  14. Hu Y, Sun H, Li C, et al. Design of reaction region of reactive dividing wall column based on cross-wall heat transfer. Industrial & Engineering Chemistry Research. 2023;62(12):5430–5444. doi: 10.1021/acs.iecr.2c04358
  15. Lemberg AS, Zemtsov DA, Voinov NA. The possibility of modelling distillation columns in simulation software. Reshetnev Readings. 2021:118–119. (In Russ.) EDN: VYNZVL
  16. Spasojević MĐ, Janković MR, Đaković DD. Entropy production minimization in a multicomponent diabatic distillation column. Thermal Science. 2020;24(3P.B):2256–2266. doi: 10.2298/TSCI181206284S
  17. Rivero R. Exergy simulation and optimization of adiabatic and diabatic binary distillation. Energy. 2001;26(6):561–593. doi: 10.1016/S0360-5442(01)00020-2
  18. Gao Xiaoxin, Zhu Biyun, Lin Fangyi, et al. The simulation for ethylene distillation column with inter-condenserand inter-reboiler. Journal of Changzhou University: Natural Science Edition. 2016;28(3):27–30. (In Chinese) doi: 10.3969/j.issn.2095-0411.2016.03.006
  19. Agrawal R, Herron DM. Efficient use of an intermediate reboiler or condenser in a binary distillation. AIChE journal. 1998;44(6):1303–1315. doi: 10.1002/aic.690440608
  20. Jin Liangjie, Bai Peng, Guo Xianghai. Energy-saving optimization of partial diabatic distillation with side streams. Journal of Chemical Engineering. 2019;70(5):1804–1814. (In Chinese). doi: 10.11949/j.issn.0438-1157.20181449

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Двухколонные схемы разделения трехкомпонентной смеси [5]. a — двухколонная схема с первым заданным разделением; b — двухколонная схема со вторым заданным разделением.

Скачать (80KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Технологическая схема многоэффектной ректификации [7].

Скачать (55KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Схемы многоэффектной ректификации [9]. a — параллельно-поточная схема; b — нисходящая схема; c — противоточная схема.

Скачать (115KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Схемы термически связанной ректификации [13]. a — схема Петлюка (Petlyuk); b — схема с разделительной стенкой (DWC).

Скачать (82KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Схема с разделительной стенкой DWC-FC [14].

Скачать (67KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Сравнение адиабатической и диабатической колонн [16]. a — адиабатная колонна; b — диабатическая колонна; c — диабатическая колонна с последовательными теплообменниками.

Скачать (156KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Диаграммы диабатной ректификации [17]. a — диаграмма Мак-Кэба и Тиле; b — диаграмма Поншона-Бошняковича.

Скачать (248KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).