Figure 1. Scheme of a double column batch stripper in open mode with thermal integration



Hasonló dokumentumok
Chloroform LP. Acetone. At the beginning: Chloroform+ Acetone+ Toluene in V. At the end: V is empty

Modla G., Láng P., Kopasz Á. Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészeti Eljárások Tanszék

Figure 1. The scheme of a DCBS

Speciális módszerek szakaszos desztillációra

1. Bevezetés, a kutatás előzményei, célkitűzések A desztilláció a vegyiparban az egyik leggyakrabban alkalmazott művelet, melynek során a

Azeotropokat tartalmazó terner elegy elválasztása szakaszos nyomásváltó desztillációval

Részletes szakmai jelentés a számú OTKA-projektről

Terner elegyek szakaszos nyomásváltó desztillációs elválaszthatóságának vizsgálata

SZAKASZOS EXTRAKTÍV ÉS AZEOTROP DESZTILLÁCIÓ OPTIMÁLIS TERVEZÉSE

Kulcsszavak: heteroazeotróp, szakaszos desztilláció, dinamikus szimuláció

2. A vizsgált üzemeltetési módok

Gépészeti Eljárástechnika Tanszék. Szakaszos rektifikálás mérés

Gőz-folyadék egyensúly

Extraktív heteroazeotróp desztilláció: ökologikus elválasztási eljárás nemideális

Desztilláció: gyakorló példák

Kiegészítő desztillációs példa. 1. feladatsor. 2. feladatsor

Technológiai hulladékvizek kezelése fiziko-kémiai módszerekkel a körforgásos gazdaság jegyében

Válasz opponensi bírálatra. Dr. Friedler Ferenc, MTA doktora Speciális módszerek szakaszos desztillációra

UniSim Design. - steady state modelling - BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék Dr. Mizsey Péter, Dr. Benkő Tamás, Dr.

doktori (Ph.D.) értekezés

8.9. Folyamatos rektifikálás vizsgálata félüzemi méretű rektifikáló oszlopon.

Aceton abszorpciójának számítógépes modellezése

Többjáratú hőcserélő 3

Folyamattan gyakorlat. 2017/ félév BME-KKFT Készítette: Stelén Gábor

DIPLOMADOLGOZAT. Szabó László

ÚJ KÉTOSZLOPOS RENDSZEREK SZAKASZOS HETEROAZEOTROP DESZTILLÁCIÓRA

Bevezetés. 1. ábra: Az osztott terű kolonna elvi sémája. A szétválasztási feladat

Ph. D. ÉRTEKEZÉS TÉZISEI. Szanyi Ágnes

SZAKASZOS REKTIFIKÁLÁS

Fiziko-kémiai módszerek a finomkémiai ipar hulladékvizeinek kezelésére

AZEOTROP ELEGYEK SZAKASZOS DESZTILLÁCIÓS SZÉTVÁLASZTÁSÁNAK TÖKÉLETESÍTÉSE

Folyamattan gyakorlat. BME-KKFT Készítette: Stelén Gábor

Speciális módszerek szakaszos desztillációra

8.9. Folyamatos rektifikálás vizsgálata félüzemi méretű rektifikáló oszlopon.

Szénhidrogén elegy rektifikálásának modellezése

UniSim Design. Metanolgyártó üzem modellezése. Stelén Gábor

UniSim Design. Áttekintés. Modellépítés célja egy példa. Dinamikus üzemmodell OTS-hez. Kezelőfelület felugró ablakok

8.8. Folyamatos egyensúlyi desztilláció

1. feladat Összesen 8 pont. 2. feladat Összesen 18 pont

Válasz opponensi bírálatra

ZÁRÓJELENTÉS Újtípusú félfolyamatos szétválasztó műveletek, OTKA T (4 év) Témavezető: Rév Endre

1. feladat Összesen 17 pont

Folyamatirányítás. Számítási gyakorlatok. Gyakorlaton megoldandó feladatok. Készítette: Dr. Farkas Tivadar

UniSim Design. Metanolgyártó üzem modellezése. Havasi Dávid Stelén Gábor

Mekkora az égés utáni elegy térfogatszázalékos összetétele

TDA-TAR ÉS O-TDA FOLYADÉKÁRAMOK ELEGYÍTHETŐSÉGÉNEK VIZSGÁLATA STUDY OF THE MIXABILITY OF TDA-TAR AND O-TDA LIQUID STREAMS

8.9. Folyamatos rektifikálás vizsgálata félüzemi mérető rektifikáló oszlopon.

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Hajdúnánás geotermia projekt lehetőség. Előzetes értékelés Hajdúnánás

First experiences with Gd fuel assemblies in. Tamás Parkó, Botond Beliczai AER Symposium

Két szóból kihoztuk a legjobbat... Altherma hibrid

MŰANYAG HULLADÉK HASZNOSÍTÓ BERENDEZÉS

Anyagjellemzők változásának hatása a fúróiszap hőmérsékletére

Irányítási struktúrák összehasonlító vizsgálata. Tóth László Richárd. Pannon Egyetem Vegyészmérnöki és Anyagtudományok Doktori Iskola

1. Bevezetés. 2. Kiindulási adatok a szimulációk elvégzéséhez

Ipari kondenzációs gázkészülék

100% = 100 pont A VIZSGAFELADAT MEGOLDÁSÁRA JAVASOLT %-OS EREDMÉNY: EBBEN A VIZSGARÉSZBEN A VIZSGAFELADAT ARÁNYA 20%.

OTKA NI Szakmai Zárójelentés. Fenntartható fejlődés és fogyasztás tiszta technológiákkal valamint megújuló nyersanyagokkal és energiákkal

Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítı elıadás I.

Égéshő: Az a hőmennyiség, amely normál állapotú száraz gáz, levegő jelenlétében CO 2

8. oldaltól folytatni

Nyomáskiegyenlített térfogatáram-szabályzók/korlátozók (Danfoss AB- QM) még nagyobb méretben, még több alkalmazáshoz

Hőszivattyús rendszerek

A fafeldolgozás energiaszerkezetének vizsgálata és energiafelhasználási összefüggései

A kapacitás növelése és energiafelhasználás csökkentése ásványolajat desztilláló oszlopokon

Épületgépészeti rendszerek benchmarking -ja

Al-Mg-Si háromalkotós egyensúlyi fázisdiagram közelítő számítása

Fresh cold water. Planned system for producing sanitary warm water

Napenergia-hasznosító rendszerekben alkalmazott tárolók

Fizikai kémia 2 Reakciókinetika házi feladatok 2016 ősz

Osztott ter rektifikáló kolonna modellezése és stacioner vizsgálata

e-gépész.hu >> Szellőztetés hatása a szén-dioxid-koncentrációra lakóépületekben Szerzo: Csáki Imre, tanársegéd, Debreceni Egyetem Műszaki Kar

A HIDRAULIKAI BESZABÁLYOZÁS ÉS SZABÁLYOZÁS KAPCSOLATA április

A fűtési rendszer kiválasztása a hőközlő közeg gőz vagy folyadék legyen?

Az alacsony hőmérsékletű fűtési hálózatok előnyei, 4. Generációs távhőhálózatok. Távfűtés lehetséges jövője, néhány innovatív megoldás

Rektifikáló oszlop szabályozása a kőolaj alkotó összetevőinek szétválasztására

1. feladat Összesen 25 pont

1a 1b 1c 2. Fűtésre és hűtésre használható, nagy hatásfokú radiátorok. Monoblokk rendszer

Szabványos és nem szabványos beépített oltórendszerek, elméletgyakorlat

Hozzájárulás a virtuális erőmű építéséhez: Tartályos PB gáz felhasználás teljes kiváltása az ASA Gyáli telephelyén

Levegő-víz inverteres hőszivattyú

2011/2012 tavaszi félév 2. óra. Tananyag:

Desztillációs technológiák vizsgálata szénhidrogén elegy példáján

MYDENS - CONDENSING BOILER SFOKÚ KONDENZÁCI RENDSZEREK

1. feladat Összesen 21 pont

A szén-dioxid megkötése ipari gázokból

UniSim Design. Dinamikus modellezés. BME-KKFT Farkasné Szőke-Kis Anita Stelén Gábor

Művelettan 3 fejezete

Tóth István gépészmérnök, közgazdász. levegő-víz hőszivattyúk

BME-KKFT Folyamatok tervezése és irányítása. Dinamikus modellezés alapok Készítette: Stelén Gábor 2017

Szabványos és nem szabványos beépített oltórendszerek, elméletgyakorlat

Complex evaluation methodology for energy-integrated distillation columns. Összetett vizsgálati módszer energiaintegrált desztilláció tanulmányozására

Lemezeshőcserélő mérés

Hulladékvizek környezetvédelmi szempontból történő kezelése fizikokémiai

Passzívház szellőzési rendszerének energetikai jellemzése

A GŐZ ÉS MELEGVÍZTÁMASZÚ ABSZORPCIÓS HŰTŐGÉPEK ÖSSZEHASONLÍTÁSA A JÓSÁGI FOK SZEMPONTJÁBÓL

Quadkopter szimulációja LabVIEW környezetben Simulation of a Quadcopter with LabVIEW

Szénhidrogén elegy rektifikálásának modellezése SZÉNHIDROGÉNIPARI TECHNOLÓGIA ÉS KATALÍZIS GYAKORLAT KUBOVICSNÉ STOCZ KLÁRA ( MOL.

Segédlet az ADCA szabályzó szelepekhez

Átírás:

Aceton-metanol elegy elválasztása nyomásváltó szakaszos desztillációval termikusan csatolt két oszlopos rendszerben Separation of acetone-methanol mixture by pressure swing batch distillation in double column system with thermal integration Modla G., Láng P. BME Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék 1521 Budapest, Műegyetem rkp. 3-5 Summary Distillation is the separation method most frequently applied in the chemical industry, which is based on the difference of volatility of the components of a liquid mixture. The mixture acetone-methanol forming minimum azeotrope is a frequent waste in the pharmaceutical industry. This mixture cannot be separated into pure components by conventional rectification but a special distillation method (e.g. pressure swing distillation) must be applied. Pressure swing batch distillation in a double column system is suggested for the separation of acetone-methanol pressure sensitive azeotropic mixture. The studied column configuration is the double column batch stripper in open mode. We investigated this separation by rigorous simulation using a professional dynamic flow-sheet simulator. The influence of the most important operational parameters is studied. The energy demand of the separation is converted to carbon-dioxide emission. The two columns can be thermally integrated (Fig. 1) in order to save energy. The effectiveness of thermal coupling is also investigated for different pressure gaps. From economizer To economizer From column β Booster pump T=8 C To free cooler Economizer Figure 1. Scheme of a double column batch stripper in open mode with thermal integration By the results obtained CO 2 emission can be reduced by 42% with the thermal integration of the two columns.

Absztrakt: Aceton-metanol elegy elválasztására két oszlopos szakaszos nyomásváltó desztilláló (más néven kétnyomásos desztilláló) berendezést javasolunk. A javasolt berendezés a nyitott üzemmódban működő dupla oszlopos szakaszos sztripper (DOSZSZ). A folyamatot részletes modellező számításokkal vizsgáljuk a ChemCad professzionális folyamat-szimulátor dinamikus moduljának (CCDCOLUMN) segítségével. A legfontosabb műveleti paraméterek hatását vizsgáljuk a fajlagos energiafelhasználásra. A fajlagos energia felhasználást széndioxid kibocsátásban fejezzük ki. A két oszlop termikusan csatolható, így jelentős energia megtakarítás (széndioxid kibocsátás csökkentés) érhető el. 1. Bevezetés A nyomásváltó (kétnyomásos) desztilláció hatékony eljárás a nyomásérzékeny azeotropok elválasztására. Számos elegy képez olyan azeotropot, melynek összetétele változik a rendszer nyomásának megváltoztatásával, ezek a nyomásérzékeny azeotropok. Ezt a jelenséget aknázzuk ki a nyomásváltó desztillációval. Korábban többek között Knapp and Doherty[1] és Luyben[2] vizsgálta a nyomásváltó desztillációt folyamatos üzemmódban. Az aceton és a metanol széles körben alkalmazott oldószerek és reagensek a gyógyszeriparban és a finom-vegyszer gyártásban. Az aceton-metanol elegy minimális forrpontú nyomásérzékeny azeotropot képező elegy, így nyomásváltó desztillációval szétválasztható. Az aceton-metanol elegy alternatív elválasztási eljárása az extraktív desztilláció, amikor egy harmadik komponenst (ágenst) alkalmazunk, hogy segítse az azeotrop elegy szétválasztását. Az extraktív szakaszos desztillációt tanulmányozta már többek között Lang et al. [3], Lang és al. [4], Kotai et al. [5]. Phimister és Seider [6] fél-folyamatos nyomásváltó desztilláció berendezést javasolt a THF-víz minimális forrpontú nyomásérzékeny azeotrop elegy elválasztásához. Repke és munkatársai [7] egy minimális forrpontú homoazeotrop elegy (acetonitril-víz) szétválasztását vizsgálták nyomásváltó desztillációval szakaszos rektifikálás és sztippelés esetére. Félüzemi mérések és részletes modellező számítások eredményeit közölték. Modla és Láng [8] nyomásváltó szakaszos desztilláció alkalmazásával kétkomponensű, minimális és maximális forrpontú homoazeotropok elválasztását vizsgálták megvalósíthatósági és részletes modellező számításokkal. Két új kétkolonnás, nyitott üzemmódban működő (dupla oszlopos szakaszos sztripper (DOSZSZ-nyitott), dupla oszlopos szakaszos rektifikáló (DOSZRnyitott)) berendezést mutattak be, és különböző szakaszos kolonna konfigurációkat hasonlítottak össze. A legjobb eredményt a minimális forrpontú azeotropoknál a dupla oszlopos szakaszos sztripperrel, a maximális forrpontú azeotropoknál a dupla oszlopos szakaszos rektifikáló berendezéssel érték el. Modla és munkatársai [9] terner elegyek elválaszthatóságát vizsgálták szakaszos nyomásváltó rendszerekkel. A leggyakoribb terner rendszereken mutatták be, milyen módon választhatók szét különböző szakaszos nyomásváltó berendezésekkel (egy és két oszlopos szakaszos rektifikáló/sztripper). Kopasz és munkatársai [1] egy egyszerű szabályozási sémát mutattak be nyomásváltó dupla oszlopos szakaszos sztripper berendezésre minimális forrpontú elegy elválasztására. Munkánk célja: - aceton-metanol elegy elválasztásához dupla oszlopos szakaszos nyomásváltó desztilláló berendezés ajánlása, - az eljárás vizsgálata részletes modellező számításokkal, - a termikus csatolás hatékonyságának vizsgálata, - a minimális fajlagos széndioxid emisszióhoz (energia felhasználáshoz) tartozó műveleti paraméterek meghatározása.

2. Aceton-metanol elegy gőz-folyadék egyensúlyi adatai Az aceton (A) metanol (B) minimális forrpontú azeotrop elegy gyakori hulladék oldószer elegy a gyógyszeriparban. A tiszta komponenseket hagyományos desztillációs eljárásokkal nem tudjuk visszanyerni, így speciális desztillációs eljárást kell alkalmazni, például nyomásváltó desztillációt. Az elegy egyensúlyi diagramjait és az azeotropok adatait a két különböző nyomáson az 1. ábra ill. az 1. táblázat tartalmazza. P xaz T AZ TBP,A TBP,B [bar] [%] [ C] [ C] [ C] 1.1 78 55.2 56. 64.4 1 37 142.9 142.9 136.7 1. táblázat. Aceton (A) metanol (B) elegy azeotrop adatai C P=1.1 bar P=1 bar C 144 64 62 6 58 56 54 P=1.1 bar P=1 bar 142 14 138 136 134 52 132.1.2.3.4.5.6.7.8.9 1 x, y 1. ábra. Az aceton metanol elegy T-x,y diagramja 3. Részletes szimulációs eredmények A következő egyszerűsítő feltételeket alkalmaztuk: -elméleti tányérok, -állandó térfogatú folyadék hold-up a tányérokon, -elhanyagolható gőz hold-up. A megoldandó modell egyenletek jól ismertek: a. nem-lineáris differenciál-egyenletek (anyag- és hőmérlegek), b. algebrai egyenletek (gőz-folyadék (VLE) egyensúlyi egyenletek, összegzési egyenletek, holdup egyenértékűség, fizikai jellemzők modelljei). A számításokhoz a Chemstations[11] professzionális folyamat-szimulátorának dinamikus modellező részét (CCDCOLUMN) használtuk, a következő modulokat alkalmazva: -DYNCOLUMN (oszloprészek) -DYNAMIC VESSEL (közös-, ill. termékgyűjtő tartályok) -HEAT EXCHANGER, PUMP, VALVE (hőcserélők, szivattyúk, szelepek) -MIXER, DIVIDER (keverők és elosztók) - CONTROLLER, CONTROL VALVE (szabályzók és beavatkozó szelepek). 3.1. Kolonna konfiguráció A nyitott üzemmódban működő dupla oszlopos szakaszos sztripper (2. ábra) alkalmas a minimális forrpontú nyomásérzékeny azeotropok elválasztására [8]. Az első szimulációnál az elméleti tányérok száma minden oszloprészben 4 (kondenzátor és visszaforraló nélkül). A hold-up mennyisége 2 dm 3 /tányér. A művelet kezdetén a tányérok már forrponti hőmérsékletű folyadékot tartalmaznak ( wet start-up ). A közös tartályba betöltött sarzs mennyisége 46,12 kmol (2,6m 3 ), mely 5 mol% acetont tartalmaz. A sztrippelő kolonnák tetején távozó gőzöket száraz (szabad) hűtővel kondenzáltatjuk, majd a közös tartályba vezetjük, mely az alacsonyabb nyomáson működik (P α ). A gőzösszetételek az adott nyomáshoz tartozó azeotrop összetételhez (x α AZ és x β AZ) közeliek. A nagyobb nyomású kolonnáról távozó gőz nyomását (P β ) egy nyomáscsökkentő szeleppel csökkentjük, mielőtt kondenzáltatjuk. A közös tartályt elhagyó folyadék térfogatárama 6 m 3 /h. Mindkét kolonna alján található egy folyadék elosztó és egy totális visszaforraló. A folyadékok továbbításához szivattyúkat alkalmazunk (kivéve a kondenzált gőzöket). A csővezetéki nyomásveszteséget és a hidraulikus magasságkülönbséget szelepekkel modellezzük. A művelet akkor fejeződik be, amikor a közös tartályban a folyadék mennyisége a kiindulásiénak 2%-a alá csökken. A visszaforralási arányokat (R α s és R β s) egy PID szabályzó segítségével állítjuk be. A

szabályozás jóságára a következő kritériumokat írtuk elő: 1) maximális túllendülés: 33%, 2) a lengések maximális száma a szabályozási idő (Ts) alatt (±5%-os hibahatárral): 3 db. A szabályzási követelmények teljesülésénél nem a szabályozott jellemzőt, hanem a szelepek állását (%-os nyitás) vettük figyelembe. E szabályzók a termék elvételi ágakba épített szabályzó szeleppel avatkoznak be a folyamatba, megszabva a termék térfogatáramát (W α ill. W β ). V α 1, x α AZ α száraz hűtő Kezdetben: U c ch, xch A folyamat végén üres P α < P β száraz hűtő V β 1, x β AZ β Nyomás csökketntő szelep elméleti tányérok száma minden oszloprészben 4 (kondenzátor és visszaforraló nélkül), hogy az elválasztás biztosan megvalósítható legyen. A felfűtés után a kolonnák közel állandósult állapotban működnek, azaz a kolonna profilok szinte nem is változnak az idővel. x [mol/mol] 1.9.8.7.6.5.4.3.2.1 nem működő tányérok működő tányérok Metanol Aceton 5 1 15 2 25 3 35 4 N 3a. ábra. Kolonna profil (α-kolonna) W α, x α spec Kezdetben a tartály üres A folyamat végén: U α e, x α spec L1 teljes Nyomás fokozó szivattyú Kezdetben a tartály üres W β, x β spec A folyamat végén: U β e, x β spec W β, x β spec 2. ábra. Dupla oszlopos szakaszos sztripper termikus csatolás nélkül A legfontosabb műveleti paraméterek hatását vizsgáljuk. Meghatározzuk a minimális fajlagos szén-dioxid (CO 2 ) emisszióhoz (minimális fajlagos energia felhasználás) tartozó műveleti paramétereket. A szén-dioxid kibocsátás számításánál feltételezzük, hogy a hőenergia igényt egy gázkazán biztosítja, melynek az emissziós tényezője 5,35g CO 2 /MJ. Továbbá feltételezzük, hogy a hűtési igényt száraz (szabad) hűtővel biztosítjuk, melynek elektromos energia tényezője,4 Wh/MJ. Az elektromos fogyasztás (hűtés és szivattyúzás) átkonvertálható CO 2 emisszióvá, melynek tényezője 437 g CO 2 /kwh. 3.2. Tányérszám meghatározása E fejezet célja, hogy meghatározzuk az elválasztáshoz szükséges tányérszámot. A két kolonna nincs termikusan csatolva. Az α-kolonna 1,1 bar-on, a β-kolonna 1 bar-on működik. Az x [mol/mol] 1.9.8.7.6.5.4.3.2.1 nem működő tányérok működő tányérok Aceton Metanol 5 1 15 2 25 3 35 4 N 3b. ábra. Kolonna profil (β-kolonna) A 3. ábrákon láthatóak a kolonnák profiljai. Azok a tányérok működnek hatékonyan az elválasztás szempontjából, ahol az összetétel jelentősen változik tányérról tányérra. Mindkét oszlopnál található néhány oly tányér, ahol nem változik észrevehetően a koncentráció, azaz a tányér az elválasztás szempontjából nem működik, vagyis a tányérszámot túlbecsültük. A további számításoknál a tányérszám 2 (α-kolonna) és 25 (β-kolonna). 3.3. Folyadék megosztási arány hatása A két kolonna nincs termikusan csatolva. Az α- kolonna 1,1 bar-on, a β-kolonna 1 bar-on működik. A folyadék megosztási arány (φ L =L α /L összes ) hatását vizsgáljuk. A folyadék megosztási arány értékét,1-,9 között változtatjuk.

Meghatároztuk a minimális fajlagos CO 2 emisszió (kgco2/kmol), a minimális fajlagos hő- és energia igényt (4. ábra). Az eredmények azt mutatják, hogy a minimum helyek kissé eltérőek. hőenergia igény [MJ/kmol] 1 8 6 4 hőenergia elektromos energia igény [kwh/kmol].9.8.7.6.5.4.3 2.2 elektromos energia.1.2.4.6.8 1 φl 4a. ábra. Folyadék megosztási arány hatása a fajlagos hő- és elektromos igényre [kg CO2/kmol] 5 45 4 35 3 25 2 15 1 5 CO2 emisszió.2.4.6.8 1 φl 4b. ábra. Folyadék megosztási arány hatása a fajlagos CO 2 emisszióra A legjobb eredményt (minimális CO2 emisszió) φ L =,55 értéknél értük el. Látható, hogy a fajlagos villamos energia igény jelentősen kisebb, mint a fűtési energia (1 kwh=3,6 MJ), így a villamos energia igény kevéssé van hatással a CO 2 emisszióra. 3.4. csatolás A termikus csatolás nélküli eljárás folyamatábrája a 2. ábrán látható. Független hőcserélők (visszaforralók és szárazhűtők) tartoznak ez egyes kolonnákhoz. Minthogy a nagyobb nyomáshoz tartozó azeotrop összetételű elegy (βkolonna fejgőze) forráspontja (133,9 C; 1 bar-on) magasabb, mint a metanol terméknek (α-kolonna fenékterméke) forráspontja (közel 64 C; 1,1 baron), így a termikus csatolás megvalósítható. Ebben a cikkben csak a részleges termikus csatolást vizsgáljuk, vagyis a hővisszanyerő mellett (5. ábra) egy segéd visszaforraló segítségével érjük el a kívánt hőteljesítményt. A hővisszanyerő a β-kolonna fejgőzének hőenergiáját hasznosítja az α-kolonna gőzáramának biztosításához. A hővisszanyerő műveleti paramétere, hogy a β-kolonna fejgőz kondenzátuma 8 C-os legyen. α β-kolonnától L1 total P α < P β nyomásfokozó T=8 C szárazhűtőhöz Hővisszanyerő hővisszanyerőtől β hővisszanyerőhöz W β, x β spec 5. ábra. Dupla oszlopos szakaszos sztripper termikus csatolással Vizsgáltuk, hogy a két kolonna közötti nyomáskülönbség ( P), hogyan befolyásolja a fajlagos CO 2 emissziót termikus csatolással és anélkül működő rendszer esetén. Az eredmények a 6. ábrán és a 2. táblázatban találhatóak. A műveleti idő (2. táblázat) a nyomáskülönbség növekedésével csökken. (A műveleti időt nem befolyásolja a termikus csatolás léte.) Az eredmények azt mutatják, hogy a termikus csatolással akár 42%-os CO 2 emisszió csökkenés is elérhető. A relatív CO 2 emisszió csökkenés nő, ha a nyomáskülönbség nagyobb. A nyomáskülönbség növelésével a hővisszanyerő beruházási költsége kisebb, mert az átlagos hőmérsékletkülönbség nagyobb (β-kolonna fejgőzének hőmérséklete nagyobb).

[kg CO2/kmol] 5 45 4 35 3 25 2 15 1 5 P [bar] CO2 emisszió termikus csatolással termikus csatolás nélkül 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 P[bar] 6. ábra. Nyomáskülönbség hatása ( P) a fajlagos CO 2 emisszióra Műveleti idő [min] csatolás nélkül csatolással CO 2 emisszió [kgco /kmol] csatolás nélkül 2 csatolással relatív CO2 emisszió csökkenés [%] 9 246, 246, 14,3994 8,379 42 7 279, 279, 15,1715 9,3653 38 5 334, 334, 16,1375 11,889 31 3 432,5 432,5 24,1721 14,811 39 2 536, 536, 29,4162 18,4487 37 1* 813,5 813,5 43,6478 27,491 37 * a hővisszaenyerőből kilépő kondenzátum 7 C-os 2. táblázat Nyomáskülönbség hatása ( P) a fajlagos CO 2 emisszióra Összefoglalás Aceton-metanol elegy elválasztásához egy dupla oszlopos szakaszos nyomásváltó desztilláló (más néven kétnyomásos desztilláló) berendezést javasoltunk. A javasolt komfiguráció a nyitott üzemmódban működő dupla oszlopos szakaszos sztripper. A folyamatot részletes modellező számításokkal vizsgáltuk a ChemCad professzionális folyamat-szimulátor dinamikus moduljának (CCDCOLUMN) segítségével. Meghatároztuk az elválasztáshoz szükséges tányérszámot. Megvizsgáltuk a legfontosabb műveleti paraméterek hatását a fajlagos energiafelhasználásra, amit széndioxid kibocsátásban fejeztünk ki. Meghatároztuk az optimális folyadék megosztási arányt (minimális CO 2 emisszió) és vizsgáltuk, hogy milyen hatással van a két kolonna közötti nyomáskülönbség a műveleti időre és a fajlagos CO 2 emisszióra. Javaslatot tettünk a két kolonna termikusan csatolására, mellyel jelentős energia megtakarítás (szén-dioxid kibocsátás csökkentés) érhető el. Megállapítottuk, hogy a műveleti idő a nyomáskülönbség növekedésével csökken. A nyomáskülönbség növelésével a hővisszanyerő beruházási költsége kisebb, mert az átlagos hőmérsékletkülönbség nagyobb (β-kolonna fejgőzének hőmérséklete nagyobb). Továbbá az eredmények azt mutatták, hogy termikus csatolással akár 42%-os CO 2 emisszió csökkenés is elérhető. Irodalom [1] Knapp J.P. and M.F. Doherty, (1992). A new pressure swing-distillation process for separating homogeneous azeotropic mixtures, Ind. Eng. Chem. Res., 31, 346-357. [2] Luyben W. L., (28). Comparison of Extractive Distillation and Pressure-Swing Distillation for Acetone-Methanol Separation, Ind. Eng. Chem. Res., 47 (8), 2696-277. [3] Lang P., H. Yatim, P. Moszkowicz, M. Otterbein, (1994). Batch Extractive Distillation under Constant Reflux Ratio, Comput. Chem. Eng., Vol. 18, 157-169. [4] Lang, P., Gy. Kovacs, B. Kotai, J. Gaal-Szilagyi, G. Modla, (26). Industrial application of a new batch extractive distillation operational policy, IChemE Symposium Series, No. 152, 83-839. [5] Kotai B., P. Lang, G. Modla, (27). Batch Extractive Distillation as a Hybrid Process: Separation of Minimum Boiling Azeotropes, Chem. Eng. Sci, 62, 6816-6826. [6] Phimister, J.R.; Seider, W.D. (2). Semicontinuous, Pressure Swing Distillation, Ind. Eng.Chem. Res., 39, 122-13. [7] Repke.J. U., Klein A., Bogle D., Wozny G., (27). Pressure Swing Batch Distillation for Homogenous Azeotropic Separation, Chem. Eng. Res. and Design, 85 (4) 152, 492-51. [8] Modla G. and Lang P. (28). Feasibility of new pressure swing batch distillation methods, Chem. Eng. Sci., 63 (11) 2856-2874. [9] Modla G., Lang P., F. Denes (21). Feasibility of separation of ternary mixtures by pressure swing batch distillation, Chem. Eng. Sci, 65, (2), 87-881. [1] Kopasz A., G. Modla, P. Lang, (29). Operation and Control of a New Pressure Swing Batch Distillation System, Comp. Aided Chem. Eng, 27, 153-158. [11] Chemstations, (27). CHEMCAD Dynamic Column Calculation User s Guide. Chemstations.

Köszönetnyilvánítás Munkákat az OTKA (projekt szám: K-827) és a MTA Bólyai János ösztöndíja támogatta PID szabályzó körök beállításai PB [%] TI [min] TD [min] Set point [mol/mol] α-kolonna 8 2.5.98 metanol β-kolonna 5 1 1.98 aceton Függelék Gőz-folyadék egyensúlyi paraméterek a. Antoine-konstansok : ahol B ln(p) = A T + C p gőznyomás [torr], T hőmérséklet [K] Komponens A B C Aceton 16.732 2975.9-34.523 Metanol 18.51 3593.4-35.225 b. Uniquac paraméterek (Aceton (A) Metanol (B)) u ij-u jj uji-u ii i j [cal/mol] [cal/mol] A B 434.944-11.228