Preview

Тонкие химические технологии

Расширенный поиск

СИНТЕЗ СХЕМ РЕКТИФИКАЦИИ СО СВЯЗАННЫМИ ТЕПЛОВЫМИ И МАТЕРИАЛЬНЫМИ ПОТОКАМИ

https://doi.org/10.32362/2410-6593-2017-12-6-46-70

Полный текст:

Аннотация

Одним из основных направлений энергосбережения при ректификации является ее приближение к гипотетическому термодинамически обратимому процессу. На практике это реализуется за счет применения комплексов со связанными тепловыми и материальными потоками (СТМП). Комплексы с СТМП достаточно давно используются для разделения зеотропных смесей и, как следует из анализа литературных данных, обеспечивают экономию энергозатрат до 30%. В последнее время выявлено, что применение таких комплексов возможно, целесообразно и энергетически выгодно и для разделения близкокипящих и азеотропных смесей экстрактивной ректификацией (ЭР). Первый этап выбора оптимальной схемы разделения заключается в генерации полного множества возможных вариантов схем. В статье рассмотрены основные подходы к синтезу схем ректификации, включающих комплексы с СТМП: 1) метод, основанный на построении «суперструктуры»; 2) метод, базирующийся на концепции термодинамически эквивалентных конфигураций; 3) эволюционный алгоритм; 4) метод, основанный на трансформации графов, отображающих схемы ректификации. Анализ литературы показал, что первые три метода достаточно хорошо разработаны только для синтеза схем ректификации с СТМП зеотропных смесей. В зарубежной литературе имеется относительно небольшое число публикаций, в которых рассматривается генерация схем ЭР с СТМП для конкретных бинарных смесей на основе концепции термодинамически эквивалентных конфигураций. Единственным существующим в настоящее время системным подходом к синтезу схем ЭР со связанными тепловыми и материальными потоками для многокомпонентных смесей является графовый метод (алгоритм 4). В настоящее время сделан первый шаг к его реализации в виде компьютерной программы. Таким образом, в статье представлен анализ публикаций за последние 20-25 лет, который отражает современное состояние проблемы синтеза высокоэффективных энергосберегающих технологий ректификации, в том числе с применением экстрактивных агентов.

Об авторах

Е. А. Анохина
Московский технологический университет (Институт тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова)
Россия

кандидат технических наук, доцент кафедры химии и технологии основного органического синтеза

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



А. В. Тимошенко
Московский технологический университет (Институт тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова)
Россия

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

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

 



Список литературы

1. Петлюк В.Б., Серафимов Л.А. Многокомпонентная ректификация. Теория и расчет. М.: Химия, 1983. 303 с.

2. Петлюк Ф.Б., Платонов В.М., Славинский Д.М. Термодинамически оптимальный способ разделения многокомпонентных смесей // Химическая промышленность. 1965. № 3. С. 206-211.

3. Kaibel B. Distillation - dividing wall columns. Encyclopaedia of Separation Sciences. Oxford: Elsevier Publ., 2007. P. 125-137.

4. Ivanova L.V., Timoshenko A.V. Use of columns with coupled heat and material flows in separation of multicomponent zeotropic mixtures // Theor. Found. Chem. Eng. 2005. V. 39. № 3. P. 246-249.

5. Тимошенко А.В., Ахапкина О.А., Матюшенкова Ю.В. Анализ эффективности использования комплексов с частично и полностью связанными тепловыми и материальными потоками в цгфу нефтехимических предприятий // Химическая промышленность сегодня. 2011. № 10. С. 43-51.

6. Анохина Е.А., Долматов Б.Б., Тимошенко А.В. Энергетическая эффективность экстрактивной ректификации смеси ацетон-хлоpофоpм в сложной колонне с боковой секцией // Химическая технология. 2008. № 8. С. 402-407.

7. Анохина Е.А., Рудаков Д.Г., Тимошенко А.В. Энергетическая эффективность экстрактивной ректификации смеси изобутиловый спирт - изобутилацетат в зависимости от состава питания // Химическая технология. 2010. № 9. С. 549-556.

8. Анохина Е.А., Шлейникова Е.Л., Тимошенко А.В. Энергоэффективность комплексов с частично связанными тепловыми и материальными потоками в экстрактивной ректификации смеси метилацетат - хлороформ в зависимости от применяемого экстрактивного агента // Вестник МИТХТ. 2013. Т. 8. № 2. С. 18-25.

9. Serafimov L.A., Frolkova A.K. Fundamental principle of concentration-field redistribution between separation regions as a basis for the design of technological systems // Theor. Found. Chem. Eng. 1997. V. 31. № 2. P. 159-166.

10. Brito R.R., Maciel M.R.W., Meirelles A.A. New extractive distillation configuration for separating binary azeotropic mixtures // The First European Congress on Chemical Engineering. Florence, Italy. May 4-7, 1997. V. 2. P. 1333-1336.

11. Анохина Е.А., Тимошенко А.В., Григорьева А.А. Способ обезвоживания этанола экстрактивной ректификацией с этиленгликолем: пат. 2454261 Рос. Федерация. № 2009118124; заявл. 14.05.2009; опубл. 27.06.2012, Бюл. № 18. 5 с.

12. Жаров В.Т., Серафимов Л.А. Физико-химические основы дистилляции и ректификации. Л.: Химия, 1975. 240 с.

13. Sargent R.W.H, Gaminibandara K. Optimum Design of Plate Distillation Columns. Optimization in Action. London: Dixon, L.W.C., Ed.; Academic Press, 1976. Р. 267-273.

14. Agrawal R. Synthesis of distillation column configurations for a multicomponent separation // Ind. Eng. Chem. Res. 1996. V. 35. P. 1059-1071.

15. Agrawal R. A method to draw fully thermally coupled distillation column configuration for multicomponent distillation // Chem. Eng. Res. Des. 2000. V. 78. № A3. P. 454-464.

16. Giridhar A., Agrawal R. Synthesis of distillation configurations. II: A search formulation for basic configurations // Comp. Chem. Eng. 2010. V. 34. P. 84-95.

17. Andrecovich M.J., Westerberg A.W. An MILP formulation for heat-integrated distillation sequence synthesis // AIChE Journal. 1985. V. 31. P. 1461-1474.

18. Yeomans H., Grossmann I.E. A systematic modeling framework of superstructure optimization in process synthesis // Comput. Chem. Eng. 1999. V. 23. P. 709-731.

19. Caballero J.A., Grossmann I.E. Generalized disjunctive programming model for the optimal synthesis of thermally linked distillation columns // Ind. Eng. Chem. Res. 2001. V. 40. P. 2260-2274.

20. Caballero J.A., Grossmann I.E. Design of distillation sequences: from conventional to fully thermally coupled distillation systems // Comp. Chem. Eng. 2004. V. 28. P. 2307-2329.

21. Rong B.-G., Kraslawski A., Turunen I. Synthesis and optimal design of thermodynamically equivalent thermally coupled distillation systems // Ind. Eng. Chem. Res. 2004. V. 43. P. 5904-5915.

22. Rong B.-G., Turunen I. A new method for synthesis of thermodynamically equivalent structures for Petlyuk arrangement // Chem. Eng. Res. Des. 2006. V. 84. № A12. P. 1095-1116.

23. Rong B.-G., Turunen I. New heat integrated distillation configurations for Petlyuk arrangement // Chem. Eng. Res. Des. 2006. V. 84. № A12. P. 1117-1133.

24. Alcantara-Avila J.R., Cabrera-Ruiz J., Segovia-Hernandez J.G., Hernandez S., Rong B.-G. Controllability analysis of thermodynamically equivalent thermally coupled arrangements for quaternary distillations // Chem. Eng. Res. Des. 2008. V. 86. P. 23-37.

25. Errico M., Rong B.-G. Synthesis of new separation processes for bioethanol production by extractive distillation // Sep. Purif. Technol. 2012. V. 96. P. 58-67.

26. Errico M., Rong B.-G., Tola G., Spano M., Optimal synthesis of distillation systems for bioethanol separation. Part 2. Extractive distillation with complex columns // Ind. Eng. Chem. Res. 2013. V. 52. P. 1620-1626.

27. Caballero J.A., Grossmann I.E. Structural considerations and modeling in the synthesis of heat integrated - thermally coupled distillation sequences // Ind. Eng. Chem. Res. 2006. V. 45. P. 8454-8474.

28. Caballero J.A., Grossmann I.E. Synthesis of complex thermally coupled distillation systems including divided wall columns // AIChE Journal. 2013. V. 59. № 4. P. 1139-1159.

29. Caballero J.A., Grossmann I.E. Optimal synthesis of thermally coupled distillation sequences using a novel MILP approach // Comp. Chem. Eng. 2014. V. 61. P. 118-135.

30. Wang X.-H., Li Yu-G., Hu Ya.-D., Wang Yu.-L. Synthesis of heat-integrated complex distillation systems via genetic programming // Comput. Chem. Eng. 2008. V. 32. P.1908-1917.

31. Serafimov L.A., Mozzhukhin A.S., Naumenkova L.B. Determination of the number of variants of flow sheets for the rectification of n-component zeotropic mixtures // Theor. Found. Chem. Eng. 1993. V. 27. № 3. P. 292-295.

32. Timoshenko A.V., Serafimov L.A. Flowsheet synthesis strategy for irreversible zeotropic distillation // Theor. Found. Chem. Eng. 2001. V. 35. № 6. P. 567-572.

33. Timoshenko A.V., Patkina O.D., Serafimov L.A. Synthesis of optimal distillation flowsheets consisting of columns with various numbers of sections// Theor. Found. Chem. Eng. 2001. V. 35. № 5. P. 458-464.

34. Тимошенко А.В., Серафимов Л.А. Стратегия синтеза множества схем ректификации зеотропных смесей // Химическая технология. 2001. № 6. С. 36-43.

35. Timoshenko A.V., Anokhina E.A., Ivanova L.V. Extractive distillation systems involving complex columns with partially coupled heat and material flows // Theor. Found. Chem. Eng. 2005. V. 39. № 5. P. 463-470.

36. Timoshenko A.V., Morgunov A.V., Anokhina E.A. Flowsheet synthesis for the extractive distillation of azeotropic mixtures in systems consisting of columns with partially coupled heat and material flows // Theor. Found. Chem. Eng. 2007. V. 41. № 6. P. 845-850.

37. Ivanova L.V., Timoshenko A.V., Timofeev V.S. Synthesis of flowsheets for extractive distillation of azeotropic mixtures // Theor. Found. Chem. Eng. 2005. V. 39. № 1. P. 16-23.

38. Timoshenko A.V., Anokhina E.А., Morgunov А.V., Rudakov D.G. Application of the partially thermally coupled distillation flowsheets for the extractive distillation of ternary azeotropic mixtures // Chem. Eng. Res. Des. 2015. V. 104. P. 139-155.

39. Serafimov L.A. Thermodynamic and topological analysis of heterogeneous equilibrium diagrams of multicomponent mixtures // Russian Journal of Physical Chemistry. 2002. V. 76. № 8. P. 1211-1224.

40. Skvortsova M.I., Timoshenko A.V., Rudakov D.G. Synthesis of partially thermally coupled distillation flowsheets: zeotropic mixtures // Theor. Found. Chem. Eng. 2011. V. 45. № 1. P. 99-107.

41. Skvortsova M.I., Timoshenko A.V., Rudakov D.G. Synthesis of partially thermally coupled extractive distillation flowsheets // Theor. Found. Chem. Eng. 2011. V. 45. № 6. P. 842-857.


Для цитирования:


Анохина Е.А., Тимошенко А.В. СИНТЕЗ СХЕМ РЕКТИФИКАЦИИ СО СВЯЗАННЫМИ ТЕПЛОВЫМИ И МАТЕРИАЛЬНЫМИ ПОТОКАМИ. Тонкие химические технологии. 2017;12(6):46-70. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2017-12-6-46-70

For citation:


Anokhina E.А., Timoshenko А.V. SYNTHESIS OF THE THERMALLY COUPLED DISTILLATION SEQUENCES. Fine Chemical Technologies. 2017;12(6):46-70. (In Russ.) https://doi.org/10.32362/2410-6593-2017-12-6-46-70

Просмотров: 90


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2410-6593 (Print)
ISSN 2686-7575 (Online)