Применение схем неадиабатической экстрактивной ректификации с предварительным отделением азеотропообразующих компонентов для разделения смеси ацетон-толуол-н-бутанол

Цели. Исследование энергетической эффективности применения неадиабатической экстрактивной ректификации при разделении смеси ацетон-толуол-н-бутанол с диметилформамидом в качестве разделяющего агента в схеме с предварительным отделением азеотропообразующих компонентов.

Методы. В качестве основного метода исследования применялось математическое моделирование с использованием программного комплекса Aspen Plus V. 12. Моделирование парожидкостного равновесия производилось по уравнению локальных составов Non-Random Two Liquid. Параметрическая оптимизация неадиабатических схем проводилась по критерию приведенных энергетических затрат.

Результаты. На основе схемы экстрактивной ректификации смеси ацетон-толуол-н-бутанол с предварительным отделением азеотропообразующих компанентов было рассмотрено пять вариантов организации схем неадиабатической ректификации, как с использованием компрессора для достижения необходимой температуры потоков, так и без него.

Выводы. Показано, что применение неадиабатической экстрактивной ректификации в схеме разделения смеси ацетон-толуол-н-бутанол с диметилформамидом с предварительным отделением азеотропообразующих компонентов позволяет снизить приведенные энергетические затраты на 8.9-43.5%, при этом максимальное снижение энергозатрат достигается в схеме с использованием для обогрева колонны отделения азеотропообразующих компонентов верхних паровых потоков двух других колонн.

1. Wang C., Guang C., Cui Y., Wang C., Zhang Z. Compared novel thermally coupled extractive distillation sequences for separating multi-azeotropic mixture of acetonitrile/benzene/methanol. Chem. Eng. Res. Des. 2018;136:513-528. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2018.06.017

2. Yang A., Sy Y, Chien I.L., Jin S., Yan C., Wei S., Shen W., et al. Investigation of an energy-saving double-thermally coupled extractive distillation for separating ternary system benzene/toluene/cyclohexane. Energy. 2019;186:115756. https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.07.086

3. Anokhina E.A., Timoshenko A.V., Akishin A.Y., Remizova A.V. Benzene purification from thiophene using dimethylformamide as an entrainer in thermally coupled extractive distillation columns. Chem. Eng. Res. Des. 2019;146:391-403. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2019.04.003

4. You X., Rodriguez-Donis I., Gerbaud V. Improved design and efficiency of the extractive distillation process for acetone-methanol with water. Ind. Eng. Chem. Res. 2015;54(1):491-501. https://doi.org/10.1021/ie503973a

5. You X., Gu J., Peng C., Rodriguez-Donis I., Liu H. Optimal design of extractive distillation for acetic acid dehydration with N-methyl acetamide. Chem. Eng. Process.: Process Intensif. 2017;120:301-316. https://doi.org/10.1016/j.cep.2017.07.025

6. You X., Rodriguez-Donis I., Gerbaud V. Reducing process cost and CO2 emissions for extractive distillation by double-effect heat integration and mechanical heat pump. Appl. Energy. 2016;166:128-140. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.01.028

7. Клаузнер П.С., Рудаков Д.С., Анохина Е.А., Тимошенко А.В. Применение схем с частично связанными тепловыми и материальными потоками и тепловых насосов для снижения энергетических затрат на экстрактивную ректификацию смеси изобутиловый спирт-изобутилацетат с диметилформамидом. Теор. основы хим. технологии. 2020;54(3):276-285. https://doi.org/10.31857/S0040357120030070

8. Xu Y., Li J., Ye Q., Li Y. Design and optimization for the separation of tetrahydrofuran/isopropanol/water using heat pump assisted heat-integrated extractive distillation. Sep. Purif. Technol. 2021;277:119498. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2021.119498

9. Jana A.K. Performance analysis of a heat integrated column with heat pumping. Sep. Purif. Technol. 2019;209:18-25. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2018.07.011

10. Nova-Rincon A., Ramos M.A., Gomez J.M. Simultaneous optimal design and operation of a diabatic extractive distillation column based on exergy analysis. Int. J. Exergy. 2015;17(3):287-312. https://doi.org/10.1504/IJEX.2015.070500

11. Клаузнер П.С., Рудаков Д.Г., Анохина Е.А., Тимошенко А.В. Оценка энергетической эффективности схем неадиабатической ректификации смеси ацетон - толуол - н-бутанол с использованием экстрактивного агента в первой колонне. Тонкие химические технологии. 2023;18(1):7-20. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2023-18-1-7-20

12. Aurangzeb Md., Jana A.K. Vapor recompression with interreboiler in a ternary dividing wall column: Improving energy efficiency and savings, and economic performance. Appl. Therm. Eng. 2018;147:1009-1023. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2018.11.008