chemicallytechFine Chemical TechnologiesТонкие химические технологии2410-65932686-7575MIREA – Russian Technological University (RTU MIREA).10.32362/2410-6593-2017-12-2-42-49chemicallytech-81Research ArticleTHEORETICAL BASIS OF CHEMICAL TECHNOLOGYТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИINTERNAL ENERGY SAVING IN DISTILLATION COLUMNS WITH REAL PLATES AND IN FILLED DISTILLATION COLUMNSВНУТРЕННЕЕ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В РЕКТИФИКАЦИОННЫХ КОЛОННАХ С ДИСКРЕТНЫМ И НЕПРЕРЫВНЫМ КОНТАКТОМ ФАЗЗахаровМ. К.ZakharovМ. К.

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

noemail@neicon.ruЛобановН. В.LobanovN. V.

студент Института тонких химических технологий

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

Moscow, 119571 Russia

Lnw94@yandex.ruМосковский технологический университет (Институт тонких химических технологий)РоссияMoscow Technological University (Institute of Fine Chemical Technologies)Russian Federation2017280420171224249Copyright © Zakharov М.К., Lobanov N.V., 20172017Захаров М.К., Лобанов Н.В.Zakharov М.К., Lobanov N.V.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/81

Perspective ways of power saving in the distillation of liquid mixtures are considered. The phenomenon of internal energy saving on theoretical plates is considered in detail. As shown in this article, the phenomenon depends on the number of theoretical plates in the rectifying and stripping sections of the column and also on the aggregative state of the feed mixture. The processes of heat and mass transfer on real plates with various values of efficiency factor are considered. Blocks of real plates equivalent to one theoretical stage, that is, blocks where the leaving flows of the liquid and vapor are in equilibrium, are isolated. Analogically, heat and mass transfer in apparatuses with a continuous phase contact having a layer height providing one theoretical plate is considered. It is proved that internal energy saving in filled rectifying columns with real plates also depends on the number of theoretical plates and the aggregative state of the initial mixture.

Проанализированы перспективные способы экономии затрат теплоты при ректификации жидких смесей. Подробно рассмотрено явление внутреннего энергосбережения на теоретических тарелках. Показано, что оно зависит от числа теоретических тарелок в укрепляющей и отгонной частях колонны, а также от агрегатного состояния исходной смеси. Исследованы процессы тепломассообмена на реальных тарелках с различными значениями КПД. Выделены блоки реальных тарелок, эквивалентные одной теоретической ступени, т.е. в которых уходящие потоки жидкости и пара равновесны. По аналогии с этим рассмотрен тепломассобмен в аппаратах с непрерывным контактом фаз с высотой слоя, обеспечивающей одну теоретическую тарелку. Доказано, что в насадочных ректификационных колоннах и в колоннах с реальными тарелками внутреннее энергосбережение также зависит от числа теоретических тарелок и агрегатного состояния исходной смеси.

ректификацияэнергосбережениевнутреннее энергосбережениетеоретическая тарелкареальная тарелкаdistillationenergy savinginternal energy savingtheoretical stagereal stageReferencesЗахаров М.К. Способы энергосбережения при проведении энергоемких технологических процессов // Технологии нефти и газа. 2006. № 1. C. 63-72.Zakharov M.K. Energy saving ways used in high energy technological processes // Technologiinefti i gaza (Oil and gas technologies). 2006. № 1. P. 63–72. (in Russ.).Комиссаров Ю.А., Гордеев Л.С., Вент Д.П. Научные основы процессов ректификации. Под ред. Л.А. Серафимова. В 2-х т. М.: Химия, 2004.Komissarov Yu.A., Gordeev L.S., Vent D.P. Scientific basements of distillation processes // Ed. by L.A. Serafimov. In 2 vol. М.: Khimiya Publ., 2004. (in Russ.).Halvorsen I.J., Skogestad S. Energy efficient distillation // J. Natural Gas Sci. and Eng. 2011. doi: 10.1016 / j.ngse.2011.06.002Halvorsen I.J., Skogestad S. Energy efficient distillation // J. Natural Gas Sci. and Eng. 2011. doi: 10.1016 / j.ngse.2011.06.002Jang D.J., Kim Y.H. A new horizontal distillation for energy saving with a diabatic rectangular column // Korean J. Chem. Eng. 2015. V. 32. № 11. P. 2181-2186.Jang D.J., Kim Y.H. A new horizontal distillation for energy saving with a diabatic rectangular column // Korean J. Chem. Eng. 2015. V. 32. № 11. P. 2181–2186.Тимошенко А.В., Анохина Е.А. Энергосберегающая ректификация многокомпонентных смесей в сложных колоннах с боковыми отборами // Хим. пром. 2002. № 5. С. 3-6.Timoshenko A.V., Anokhina E.A. Energysaving distillation of multicomponent mixtures in complex columns with side selection // Khimicheskaya promyshlennost’ (Chemical Industry). 2002. № 5. P. 3–6. (in Russ.).Ziyatdinov N.N., Ostrovskii G.M., Emel’yanov I.I. Designing a heat exchange system upon the reconstruction and synthesis of optimal systems of distillation columns // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2016. V. 50. № 2. P. 178-187.Ziyatdinov N.N., Ostrovskii G.M., Emel’yanov I.I. Designing a heat exchange system upon the reconstruction and synthesis of optimal systems of distillation columns // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2016. V. 50. № 2. P. 178–187.Nakaiwa M., Ohmori T. Process intensification for energy savings through concept of «detuning» from ideal state // Synthesiology. 2009. V. 2. № 1. P. 51-59.Nakaiwa M., Ohmori T. Process intensification for energy savings through concept of «detuning» from ideal state // 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. P. 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. P. 162–177.Kim Y.H. Energy saving and thermodynamic efficiency of a double-effect distillation column using internal heat integration // Korean J. Chem. Eng. 2012. V. 29. № 12. P. 1680-1687.Kim Y.H. Energy saving and thermodynamic efficiency of a double-effect distillation column using internal heat integration // Korean J. Chem. Eng. 2012. V. 29. № 12. P. 1680–1687.Захаров М.К., Моисеева Е.Д. Многоколонная ректификация как способ энергосбережения при разделении зеотропных бинарных смесей // Хим. пром. 2003. № 9. С. 35-42.Zakharov M.K., Moiseeva E.D. Multicolumn distillation as a way to save energy during separation of zeotropic binary mixtures // Khimicheskaya promyshlennost’ (Chemical Industry). 2003. № 9. P. 35–42. (in Russ.).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. 335-339.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. 335–339.Saxena N., Mali N., Satpute S. Study of thermally coupled distillation systems for energyefficient distillation // Indian Academy of Sciences. 2017. V. 42. № 1. 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. № 1. P. 119–128.Захаров М.К. Анализ энергосбережения в процессах ректификации // Хим. технология. 2008. Т. 9. № 4. C. 177-182.Zakharov M.K. Energy-saving analysis in distillation processes // Khimicheskaya tekhnologiya (Chemical Technology). 2008. V. 9. № 4. P. 177–182. (in Russ.).Львов С.В. К вопросу о зависимости расхода энергии на ректификацию от физического состояния (энергетического уровня) исходной смеси // В кн.Физико-химические основы ректификации. Под ред. С.В. Львова. М.: МИТХТ, 1970. С. 292-300.L’vov S.V. About distillation energy consumption dependence on initial mixture’s physical state (energy level) // In book:. Fiziko-khimicheskie osnovy rektifikatsii (Physico-chemical basements of distillation) / Ed. by S.V. L’vov. M.: MITHT, 1970. P. 292–300. (in Russ.).Захаров М.К. Энергетическая эффективность процесса ректификации // Тонкие химические технологии. 2015. Т. 10. № 1. С. 29-33.Zakharov M.K. Energy efficiency of distillation process // Tonkie khimicheskie tekhnologii (Fine Chem. Technol.). 2015. V. 10. № 1. P. 29–33. (in Russ.).Anokhina E., Timoshenko A..Criterion of the energy effectiveness of extractive distillation in the artially thermally coupled columns // Chemical Engineering Research and Design. 2015. № 99. P. 165-175.Anokhina E., Timoshenko A..Criterion of the energy effectiveness of extractive distillation in the partially thermally coupled columns // Chemical Engineering Research and Design. 2015. № 99. P. 165–175.Скобло А.И., Молоканов Ю.К., Владимиров А.И., Щелкунов В.А. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии: Учебник. М.: Издательский центр РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2012. 726 с.Skoblo A.I., Molokanov Yu.K., Vladimirov A.I., Schelkunov V.A. Processes and apparatus of oil and gas processing and chemistry. Textbook. М.: Izdatelsky tsentr RGU nefti i gaza im. I.M. Gubkina (RGUNG named after Gubkin’s Publish Center), 2012. 726 p. (in Russ.).Захаров М.К., Мартынова М.М., Прусаченкова М.И. Сравнение затрат теплоты при разделении бинарных смесей методом дистилляции и ректификации// Хим. технология. 2017. Т. 18. № 1. С. 43-47.Zakharov M.K., Martynova M.M., Prusachenkova M.I. Energy consumption comparison of distillation and rectification during separation of binary mixtures // Khimicheskaya tekhnologiya (Chemical Technology). 2017. V. 18. № 1. P. 43–47 (in Russ.).Боярчук П.Г., Гольберг Ю.Е., Серафимов Л.А. Влияние глубины барботажного слоя на эффективность колпачковой ректификационной тарелки // Химия и технология топлив и масел. 1968. № 5. С. 41-44.Boyarchuk P.G., Golberg Yu.E., Serafimov L.A. Bubbling layer depth’s influence on bubble-cap tray efficiency // Khimiya i tekhnologiya topliv i masel (Fuel and Oil Chemistry and Technology). 1968. № 5. P. 41–44. (in Russ.).Касаткин А.Г., Плановский А.Н., Чехов О.С. Расчет тарельчатых ректификационных и абсорбционных аппаратов. М.: Стандартгиз, 1961. 80 с.Kasatkin A.G., Planovskiy A.N., Chekhov O.S. Calculation of distillation and absorption plate apparatus. М: Standartgiz (State Standard Publishing Center), 1961. 80 p. (in Russ.).

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