chemicallytechFine Chemical TechnologiesТонкие химические технологии2410-65932686-7575MIREA – Russian Technological University (RTU MIREA).10.32362/2410-6593-2017-12-4-43-49chemicallytech-103Research ArticleTHEORETICAL BASIS OF CHEMICAL TECHNOLOGYТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИTHEORETICAL RATIONALE FOR THE SELECTION OF THE OPTIMAL SCHEME OF SEPARATION OF THE THREE-COMPONENT MIXTUREТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОЙ СХЕМЫ РАЗДЕЛЕНИЯ ТРЕХКОМПОНЕНТНОЙ СМЕСИЗахаровМ. К.ZakharovM. K.

доктор технических наук, профессор кафедры процессов и аппаратов химической технологии им. Н.И. Гельперина

119571, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 86

Moscow 119571, Russia

mkzakharov@gmail.comПисаренкоЮ. А.PisarenkoYu. A.

доктор технических наук, профессор кафедры химии и технологии основного органического синтеза

119571, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 86

Moscow 119571, Russia

noemail@neicon.ruМосковский технологический университет (Институт тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова)РоссияMoscow Technological University (M.V. Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies)Russian Federation2017280820171244349Copyright © Zakharov M.K., Pisarenko Y.A., 20172017Захаров М.К., Писаренко Ю.А.Zakharov M.K., Pisarenko Y.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.finechem-mirea.ru/jour/article/view/103

It is theoretically justified that for the scheme of separation of three-component mixtures with the release of the high-boiling component in the first column there is a region of initial compositions for which the heat costs are the least. An expression describing the boundary of the optimality regions of different separation schemes is given. The calculation of the heat costs for both rectification schemes of the three-component mixtures performed using the Aspen Plus software package confirmed the theoretical justification for the existence of optimality regions for each of them. With the help of the concept of internal energy saving, the advantage of one or another scheme of separation of a three-component mixture is explained.

Теоретически обосновано, что для схемы разделения трехкомпонентных смесей с выделением высококипящего компонента в первой колонне существует область исходных составов, для которой тепловые затраты оказываются наименьшими. Приведено выражение, описывающее границу областей оптимальности различных схем разделения. Выполненный с использованием программного пакета Aspen Plus расчет затрат теплоты для обеих схем ректификации трехкомпонентных смесей подтвердил теоретическое обоснование наличия областей оптимальности для каждой из них. С помощью понятия внутреннего энергосбережения объяснено преимущество той или иной схемы разделения трехкомпонентной смеси.

ректификациятройные смесифлегмовое числоминимальный паровой потоквнутреннее энергосбережение при ректификацииrectificationthree-component mixturesreflux ratiominimum vapor flowinternal energy savingReferencesHalvorsen I.J., Skogestad S. Energy efficient distillation // J. Natural Gas Sci. and Eng. 2011. V. 3. № 4. Р. 571-580. doi:10.1016/j.jngse.2011.06.002Halvorsen I.J., Skogestad S. Energy efficient distillation // J. Natural Gas Sci. and Eng. 2011. V. 3. № 4. Р. 571–580. doi:10.1016/j.jngse.2011.06.002Koehler J., Poellmann P., Blass E., A rewiev on minimum energy calculations for ideal and nonideal distillations model // Ind. Eng. Chem. Res. 1995. V. 34. P. 1003-1020.Koehler J., Poellmann P., Blass E., A rewiev on minimum energy calculations for ideal and nonideal distillations model // Ind. Eng. Chem. Res. 1995. V. 34. P. 1003–1020.Nakaiwa M., Ohmori T. Process intensification for energy savings through concept of «detuning» from ideal state // Translation from Synthesiology. 2009. V. 2. № 1. P. 51-59.Nakaiwa M., Ohmori T. Process intensification for energy savings through concept of «detuning» from ideal state // Translation from Synthesiology. 2009. V. 2. № 1. P. 51–59.Nakaiwa M., Huang K., Endo A., Ohmori T., Akiya T., Takamatsu T. Internally heat-integrated distillation columns: a review // Chem. Eng. Res. Design. 2003. V. 81 (1). Р. 162-177.Nakaiwa M., Huang K., Endo A., Ohmori T., Akiya T., Takamatsu T. Internally heat-integrated distillation columns: a review // Chem. Eng. Res. Design. 2003. V. 81 (1). Р. 162–177.Kim Y.H. Design and control of energy-efficient distillation columns // Korea J. Chem. Eng. 2016. V. 33. Р. 2513-2521.Kim Y.H. Design and control of energy-efficient distillation columns // Korea J. Chem. Eng. 2016. V. 33. Р. 2513–2521.Sun L., Li J., Liu X., Li Q. Research on configurations of thermally integrated distillation column (TIDC) // China University of Petroleum. 2011. V. 1. № 143. P. 335-339Sun L., Li J., Liu X., Li Q. Research on configurations of thermally integrated distillation column (TIDC) // China University of Petroleum. 2011. V. 1. № 143. P. 335–339Saxena N., Mali N., Satpute S. Study of thermally coupled distillation systems for energy-efficient distillation // Indian Academy of Sciences. 2017. V. 42. P. 119-128.Saxena N., Mali N., Satpute S. Study of thermally coupled distillation systems for energyefficient distillation // Indian Academy of Sciences. 2017. V. 42. P. 119–128.Львов С.В. Некоторые вопросы ректификации бинарных и многокомпонентных смесей. М.: Изд-во АН СССР, 1960. 166 с.L'vov S.V. Some issues of rectification of binary and multicomponent mixtures. Moscow: the USSR Academy of Sciences Publ., 1960. 166 p. (in Russ.).Корабельников М.М. Синтез и анализ технологических схем ректификации многокомпонентных зеотропных смесей: дис. … канд. техн. наук. М., МИТХТ, 1978. 110 с.Korabel’nikov M.M. Synthesis and analysis of technological schemes of rectification of multicomponent zeotropic mixtures: Diss. ... Ph.D. (Eng.). Moscow. MITHT, 1978. 110 p. (in Russ.)Буев Д.Л., Тимошенко А.В. Оптимальные схемы разделения синтетических жирных кислот С5-С20// Хим. пром. 2000. № 10. С. 24-27Buev D.L. Timoshenko A.V. Optimal schemes of separation of synthetic fatty acids С5-С20 // Khim. Prom. (Chemical Industry). 2000. № 10. P. 24–27. (in Russ.).Тимошенко А.В., Тимофеев В.С., Паткина О.Д. Оптимальные по энергозатратам схемы рек- тификации смесей бензола и алкилбензолов // Хим. пром. 1998. № 4. С. 41-44.Timoshenko A.V.,Timofeev V.S., Patkina O.D. Optimum energy consumption schemes for the rectification of mixtures of benzene and alkylbenzenes // Khim. Prom. (Chemical Industry). 1998. № 4. P. 41–44. (in Russ.).Захаров М.К., Швец А.А. Выбор оптимальной схемы ректификационной установки для разделения трехкомпонентных смесей // Хим. технология. 2016. Т. 17. № 6. C. 256-262.Zakharov M.K., Shvets A.A. Selection of the optimal scheme of the distillation plant for the separation of ternary mixtures // Khim. Tekhnologiya (Chemical Technology). 2016. V. 17. № 6. P. 256–262. (in Russ.).Захаров М.К., Швец А.А., Бойчук А.А. Расчет минимального флегмового числа при ректификации некоторых реальных бинарных смесей // Тонкие химические технологии. 2015. Т. 10. № 6. С. 53-57.Zakharov M.K., Shvets A.A., Boychuk A.A. Calculation of the minimum reflux ratio for actual binary mixtures. // Tonkie khimicheskie tekhnologii (Fine Chemical Technologies). 2015. V. 10. № 6. P. 53–57. (in Russ.).Захаров М.К. Оценка трудности разделения жидких смесей методами ректификации // Хим. технология. 2017. Т. 18. № 4. С.Zakharov M.K. Estimation of the difficulty of separation of liquid mixtures by rectification methods // Khimich. Technologia (Chemical Technology) 2017. V. 18. № 4. P. 167–176. (in Russ.).Данилов Р.Ю., Петлюк Ф.Б., Серафимов Л.А. Режим минимальной флегмы в простых ректификационных колоннах // ТОХТ. 2007. Т. 41. № 4. С. 394-406.Danilov R.Yu., Petliuk F.B., Serafimov L.A. Minimum-reflux regime of simple distillation columns.Мавлеткулова П.О., Серафимов Л.А., Архипова Л.А. Сравнение режимов первого и второго заданного разделения при ректификации трехкомпонентных зеотропных смесей // Вестник МИТХТ. 2013. Т. 8. № 6. С. 54-58.// Teoret. Osnovy khimicheskoi tekhnologii (Teoretical Fondations of Chemical Engineering). 2007. V. 41. № 4. P. 394–406.Захаров М.К., Мартынова М.М., Прусаченкова М.И. Сравнение затрат теплоты при разделении бинарных смесей методами дистилляции и ректификации // Хим. технология. 2017. Т. 18. № 1. С. 43-48.Mavletkulova P.O, Serafimov L.A., Arkhipova L.A. Comparison of the first and second specified separation regimes during rectification of three-component zeotropic mixtures // Vestnik MITHT (Fine Chemical Technologies). 2013. V. 8. № 6. P. 54–58 (in Russ.).Zakharov M.K., Martynova M.M., Prusachenkova M.I. Comparison of heat costs for separation of binary mixtures by distillation and rectification methods // Khim. tekhnologiya (Chemical Technology). 2017. V. 18. № 1. P. 43–48 (in Russ.).Zakharov M.K., Martynova M.M., Prusachenkova M.I. Comparison of heat costs for separation of binary mixtures by distillation and rectification methods // Khim. tekhnologiya (Chemical Technology). 2017. V. 18. № 1. P. 43–48 (in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.