Technologies increasing the distillation performance

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Improving the energy efficiency of distillation columns widely used in various industries is the focus of many researchers. Although conventional state-of-the-art distillation columns are widely used and cost efficient, new technologies can significantly reduce operating costs, the overall cost of a distillation plant and are important for global sustainable development. This article reviews and compares technologies aimed at increasing the energy efficiency of distillation plants, including multi-effect distillation, thermally coupled distillation, and diabatic distillation. Multi-effect distillation allows increasing the number of separation stages, thereby increasing the process efficiency. In thermally coupled distillation, the number of required heat exchangers is reduced through direct contact of steam and liquid flows fed from different columns. In diabatic distillation, controlled heat exchange devices are used to approximate process conditions to phase equilibrium line of the system. The paper also describes some promising developments improving the design of distillation columns, including the dividing-wall column and distillation with intermediate heat exchangers. These technologies have their advantages and can be integrated in industrial processes under certain conditions. This article is aimed at reviewing and comparing the existing common solutions designed to increase the energy efficiency of distillation columns.

About the authors

Zhangxinyi Liu

Bauman Moscow State Technical University

Author for correspondence.
Email: lyuch@student.bmstu.ru
ORCID iD: 0009-0004-5524-8537
Russian Federation, 5 2nd Baumanskaya st, Moscow, 105005

Maksim Yu. Kupriyanov

Bauman Moscow State Technical University

Email: kupriyanov.m@bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0003-2180-1221
SPIN-code: 2716-2525

Cand. Sci. (Tech.)

Russian Federation, 5 2nd Baumanskaya st, Moscow, 105005

Victoria D. Kononova

Bauman Moscow State Technical University

Email: victoriadmitrievna@live.ru
ORCID iD: 0009-0008-8609-6205
SPIN-code: 5369-7308
Russian Federation, 5 2nd Baumanskaya st, Moscow, 105005

References

  1. Kalinina EI, Brodyansky VM. Technical and economic analysis of systems of separation of gas mixtures. Moscow: MEI; 1979. (In Russ.)
  2. Golovko GA. Cryogenic production of inert gases. Mashinostroenie, 1983. (In Russ.)
  3. Alexandrov IA. Rectification and absorption apparatuses: (Calculation methods and basics of design). Moscow: Khimiya; 1965. (In Russ.)
  4. Beregovykh VV, Korabel’nikov MM, Serafimov LA. Strategy of synthesis and analysis of technological schemes of rectification. Chem. pharm. Journal. 1985;(3):202–206. (In Russ.) Accessed: 27.08.2024. Available from: http://magzdb.org/num/3157279
  5. Zakharov MK, Pisarenko YA. Theoretical rationale for the selection of the optimal scheme of separation of the three-component mixture. Fine Chemical Technologies. 2017;12(4):43–49. (In Russ.) doi: 10.32362/2410-6593-2017-12-4-43-49
  6. Zakharov MK, Shvets AA. Dependence of external and internal energy-saving for rectification of binary mixtures. Fine Chemical Technologies, 2016,11(1):40–44. (In Russ) doi: 10.32362/2410-6593-2016-11-1-40-44
  7. Li Q, Ye Y. Principle of multiple-effect distillation and its application. Progress in Chemical Engineering. 1992;(6):40–43. (In Chinese) Accessed: 27.08.2024. Available from: https://d.wanfangdata.com.cn/periodical/QK000001312316
  8. Phillip CW. Multi-effect distillation processes. Industrial & Engineering Chemistry Research. 1993;32(5):894–905. doi: 10.1021/ie00017a017
  9. Dai WY, Gu LL, Guo XT, et al. Research progress on energy-saving technologies of double-effect distillation. Chemical Technology. 2013;(1):54–57. (In Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1008-0511.2013.01.014
  10. Bravo-Bravo C, Segovia-Hernández JG, Gutiérrez-Antonio C, et al. Extractive dividing wall column: design and optimization. Industrial & Engineering Chemistry Research. 2010;49(8):3672–3688. doi: 10.1021/ie9006936
  11. Kartashov MO. Optimal design of rectification plants in Aspen Plus. 2020. (In Russ.) Accessed: 27.08.2024. Available from: http://earchive.tpu.ru/handle/11683/61004
  12. Zhai C, Liu Q, Romagnoli JA, et al. Modeling/simulation of the dividing wall column by using the rigorous model. Processes. 2019;7(1):26. doi: 10.3390/pr7010026
  13. Dejanović I, Matijašević L, Olujić Ž. Dividing wall column — A breakthrough towards sustainable distilling. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification. 2010;49(6):559–580. doi: 10.1016/j.cep.2010.04.001
  14. Hu Y, Sun H, Li C, et al. Design of reaction region of reactive dividing wall column based on cross-wall heat transfer. Industrial & Engineering Chemistry Research. 2023;62(12):5430–5444. doi: 10.1021/acs.iecr.2c04358
  15. Lemberg AS, Zemtsov DA, Voinov NA. The possibility of modelling distillation columns in simulation software. Reshetnev Readings. 2021:118–119. (In Russ.) EDN: VYNZVL
  16. Spasojević MĐ, Janković MR, Đaković DD. Entropy production minimization in a multicomponent diabatic distillation column. Thermal Science. 2020;24(3P.B):2256–2266. doi: 10.2298/TSCI181206284S
  17. Rivero R. Exergy simulation and optimization of adiabatic and diabatic binary distillation. Energy. 2001;26(6):561–593. doi: 10.1016/S0360-5442(01)00020-2
  18. Gao Xiaoxin, Zhu Biyun, Lin Fangyi, et al. The simulation for ethylene distillation column with inter-condenserand inter-reboiler. Journal of Changzhou University: Natural Science Edition. 2016;28(3):27–30. (In Chinese) doi: 10.3969/j.issn.2095-0411.2016.03.006
  19. Agrawal R, Herron DM. Efficient use of an intermediate reboiler or condenser in a binary distillation. AIChE journal. 1998;44(6):1303–1315. doi: 10.1002/aic.690440608
  20. Jin Liangjie, Bai Peng, Guo Xianghai. Energy-saving optimization of partial diabatic distillation with side streams. Journal of Chemical Engineering. 2019;70(5):1804–1814. (In Chinese). doi: 10.11949/j.issn.0438-1157.20181449

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Two-column separation for three-component mixture [5]. a, Two-column configuration with the first specified separation; b, Two-column configuration with the second specified separation.

Download (80KB)
3. Fig. 2. Multi-effect distillation flow diagram [7].

Download (55KB)
4. Fig. 3. Multi-effect distillation configurations [9]. a, Parallel-flow configuration; b, Downward-flow configuration; c, Counter-flow configuration.

Download (115KB)
5. Fig. 4. Thermally coupled distillation configurations [13]. a, Petlyuk configuration; b, Dividing-wall column configuration (DWC).

Download (82KB)
6. Fig. 5. Dividing-wall column configuration (DWC-FC) [14].

Download (67KB)
7. Fig. 6. Comparison of adiabatic and diabatic columns [16]. a, Adiabatic column; b, Diabatic column; c, Diabatic column with sequential heat exchangers.

Download (156KB)
8. Fig. 7. Diabatic distillation flow diagrams [17]. a, McCabe–Thiele diagram; b, Ponchon–Bosnjakovic diagram.

Download (248KB)

Copyright (c) 2024 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».