chemicallytechFine Chemical TechnologiesТонкие химические технологии2410-65932686-7575MIREA – Russian Technological University (RTU MIREA).10.32362/2410-6593-2017-12-3-44-51chemicallytech-92Research ArticleTHEORETICAL BASIS OF CHEMICAL TECHNOLOGYТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИSEPARATION OF MIXTURES By COMBINING RECTIFICATION AND FRACTIONAL CRySTALLIZATION PROCESSESРАЗДЕЛЕНИЕ СМЕСЕЙ ПУТЕМ СОЧЕТАНИЯ ПРОЦЕССОВ РЕКТИФИКАЦИИ И ФРАКЦИОННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИНосовГ. А.NosovG. A.

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

nosovga@mail.ruМихайловМ. В.MikhailovM. V.

аспирант кафедры процессов и аппаратов химической технологии им. Н.И. Гельперина

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

Moscow, 119571 Russia

noemail@neicon.ruАбсаттаровА. И.AbsattarovA. I.

старший научный сотрудник

105005, Россия, Москва, ул. Радио, д. 14., стр. 1

Moscow 105005, Russia

noemail@neicon.ruМосковский технологический университет (Институт тонких химических технологий)РоссияMoscow Technological University (Institute of Fine Chemical Technologies)Russian FederationООО «ВНИИОС-наука»РоссияLLC «VNIIOS-nauka»Russian Federation2017280620171234451Copyright © Nosov G.A., Mikhailov M.V., Absattarov A.I., 20172017Носов Г.А., Михайлов М.В., Абсаттаров А.И.Nosov G.A., Mikhailov M.V., Absattarov A.I.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/92

Various options of separation of binary mixtures by combining the processes of fractional crystallization and rectification are considered. The base mixture, depending on its composition, can be initially directed to the rectification stage or to one of the stages of separated components crystallization using the proposed variants. The flow diagrams of integrated heat exchanging systems and schemes involving open and closed type heat pumps under consideration for the determination of ways of reducing energy consumption of the coupled processes were suggested. These solutions enable improving the processes energy efficiency. In addition, the analysis of the effect of the composition and temperature of the initial mixture, the temperature of fractionation at the crystallization stage, the composition of distillates and bottom products on the separation parameters was carried out. It was found that when the initial mixture is fed to the stage of crystallization of one of the components, the energy costs for carrying out the process under consideration are usually lower than when the initial mixture is fed to the rectification stage. It is shown that using a combination of fractional crystallization and rectification processes can significantly expand the possible separation range and improve the technical and economic characteristics of the separation process.

Рассмотрены различные варианты разделения бинарных смесей путем сочетания процессов фракционной кристаллизации и ректификации. При использовании предлагаемых вариантов исходная смесь в зависимости от ее состава может быть первоначально направлена на стадию ректификации или же на одну из стадий кристаллизации разделяемых компонентов. Для того, чтобы снизить затраты энергии на проведение рассматриваемых сопряженных процессов, предложены схемы с организацией рекуперативного теплообмена между потоками, а также схемы с использованием тепловых насосов закрытого и открытого типа. Данные приемы позволяют увеличить энерго-эффективность таких процессов. Кроме того, проведен анализ влияния состава и температуры исходной смеси, температуры фракционирования на стадии кристаллизации, составов дистиллятов и кубовых остатков на параметры разделения. Установлено, что при подаче исходной смеси на стадию кристаллизации одного из компонентов энергетические затраты на проведение рассматриваемого процесса обычно ниже, чем при подаче исходной смеси на стадию ректификации. Показано, что использование сочетания процессов фракционной кристаллизации и ректификации позволяет существенно расширить диапазоны возможного разделения и увеличить технико-экономические показатели процесса разделения.

кристаллизацияректификациятепловые насосырекуперация тепласопряженные процессыэнергетические затратыcrystallizationrectificationheat pumpsheat recoverycoupled processesenergy costsReferencesClasen H. Optimale Kombination von Kristallisation und Rektifikation zur Trennung nicht - isomerierbarer Isomerenqemischen // Chemie Ing. Techn. 1967. B. 39. Heft 22. S. 1279-1285.Clasen H. Optimale Kombination von Kristallisation und Rektifikation zur Trennung nicht – isomerierbarer Isomerenqemischen // Chemie Ing. Techn. 1967. B. 39. Heft 22. S. 1279–1285.Gelperin N.I., Nosov G.A. Separation of mixtures by combining some mass-exchange processes // Him. prom. (Chemical Industry). 1979. № 11. P. 677-681. (in Russ.).Gelperin N.I., Nosov G.A. Separation of mixtures by combining some mass-exchange processes // Him. prom. (Chemical Industry). 1979. № 11. P. 677–681. (in Russ.).Gelperin N.I., Nosov G.A. Fundamentals of fractional crystallization techniques. M.: Khimiya Publ., 1986. 304 p. (in Russ.).Gelperin N.I., Nosov G.A. Fundamentals of fractional crystallization techniques. M.: Khimiya Publ., 1986. 304 p. (in Russ.).Bessonov A.A. Separation of binary mixtures by a combination of fractional crystallization and fractional melting processes: diss. … Ph.D. Moscow, 2009. 143 p. (in Russ.).Bessonov A.A. Separation of binary mixtures by a combination of fractional crystallization and fractional melting processes: diss. … Ph.D. Moscow, 2009. 143 p. (in Russ.).Nosov G.A., Bel'skaya V.I., Zhil'tsov V.S. Separation of mixtures by a combination of crystallization and continuous distillation processes using heat pumps // Vestnik MITHT (Fine Chemical Technologies). 2014. V. 9. № 3. P. 31-35. (in Russ.).Nosov G.A., Bel'skaya V.I., Zhil'tsov V.S. Separation of mixtures by a combination of crystallization and continuous distillation processes using heat pumps // Vestnik MITHT (Fine Chemical Technologies). 2014. V. 9. № 3. P. 31–35. (in Russ.).Nosov G.A., Taran V.A., Zhil'tsov V.S. Separation of eutectic mixtures by a combination of fractional cryslallization and single distillation processes using open type heat pumps // Vestnik MITHT (Fine Chemical Technologies). 2014. V. 9. № 5. P. 11-15. (in Russ.).Nosov G.A., Taran V.A., Zhil'tsov V.S. Separation of eutectic mixtures by a combination of fractional cryslallization and single distillation processes using open type heat pumps // Vestnik MITHT (Fine Chemical Technologies). 2014. V. 9. № 5. P. 11–15. (in Russ.).Yantovsky E.I., Levin L.A. Industrial heat pumps. M.: Energoizdat Publ., 1989. 128 p. (in Russ.).Yantovsky E.I., Levin L.A. Industrial heat pumps. M.: Energoizdat Publ., 1989. 128 p. (in Russ.).Uvarov M.E. Recrystallization of substances from solutions with the use of heat pumps: diss. … Ph.D. Moscow, 2013. 171 p. (in Russ.).Uvarov M.E. Recrystallization of substances from solutions with the use of heat pumps: diss. … Ph.D. Moscow, 2013. 171 p. (in Russ.).Khaybulina E.M. Separation of mixtures by fractional melting and countercurrent crystallization with the use of heat pumps: diss. …Ph.D. Moscow, 2013. 207 p. (in Russ).Khaybulina E.M. Separation of mixtures by fractional melting and countercurrent crystallization with the use of heat pumps: diss. …Ph.D. Moscow, 2013. 207 p. (in Russ).Nosov G.A., Popov D.A., Belskaya V.I., Zhil'tsov V.S., Yakovlev D.S. The analysis of opportunities of use of heat pumps when carrying out vacuum-evaporating crystallization // Naukoemkie khimicheskie tekhnologii (High-Tech in Chemical Engineering). 2015. V. 10. № 6. P. 66-70. (in Russ.).Nosov G.A., Popov D.A., Belskaya V.I., Zhil'tsov V.S., Yakovlev D.S. The analysis of opportunities of use of heat pumps when carrying out vacuum-evaporating crystallization // Naukoemkie khimicheskie tekhnologii (High-Tech in Chemical Engineering). 2015. V. 10. № 6. P. 66–70. (in Russ.).Sakashita S., Fujii M., Ohji K. Continuous crystallization system using a heat pump for the sugar refinery // Energy Saving System. Int. Sugar J. 1998. V. 100. № 1189. P. 35-42.Sakashita S., Fujii M., Ohji K. Continuous crystallization system using a heat pump for the sugar refinery // Energy Saving System. Int. Sugar J. 1998. V. 100. № 1189. P. 35–42.Supranto S., Chandra Ishwar, Unde M.B., Diggory P.J., Holland F.A. Heat pump assisted distillation. Alternative ways to minimize energy consumption in fractional distillation // Int. J. Energy Res. 1986. V.10. № 2. P. 45-161.Supranto S., Chandra Ishwar, Unde M.B., Diggory P.J., Holland F.A. Heat pump assisted distillation. Alternative ways to minimize energy consumption in fractional distillation // Int. J. Energy Res. 1986. V.10. № 2. P. 45–161.Fanyo Z., Benko N. Comparison of various heat pump assisted distillation configurations // Chem. Eng. Res. & Des. A. 1998. V. 76. № 3. P. 348-360.Fanyo Z., Benko N. Comparison of various heat pump assisted distillation configurations // Chem. Eng. Res. & Des. A. 1998. V. 76. № 3. P. 348–360.Oliveira S.B.M., Parise I.A.R. Modelling of an ethanol - water distillation column assisted by an external heat pump // Int. J. Energy Res. 2002. V. 26. № 12. P. 1055-1072.Oliveira S.B.M., Parise I.A.R. Modelling of an ethanol – water distillation column assisted by an external heat pump // Int. J. Energy Res. 2002. V. 26. № 12. P. 1055–1072.Nakaiwa M., Huang K., Endo A., Ohmori T. Internally heat integrated distillation columns. A review. // Chem. Eng. Res. & Des. 2003. V. 81. № 1. P. 162-177.Nakaiwa M., Huang K., Endo A., Ohmori T. Internally heat integrated distillation columns. A review. // Chem. Eng. Res. & Des. 2003. V. 81. № 1. P. 162–177.

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