طراحی بهینۀ برج‌های تقطیر دیوارۀ‌‌میانی-مطالعۀ موردی سامانۀ بنزن، تولوئن و زایلین

نویسندگان

1 دانشگاه تهران

2 دانشگاه صنعتی سهند

چکیده

طراحی یک‌برج تقطیر دیوارۀ‌میانی برای جداسازی ترکیب سه‌جزئی بنزن، تولوئن و زایلین برای رسیدن به میزان خلوص نهایی حداقل 99% مولی بررسی شده‌است؛ اثر تغییر در ترکیب درصد خوراک ورودی بر روی سه ساختار توالی مستقیم، توالی غیرمستقیم و برج دیوارۀ‌­میانی و انتخاب ساختار بهینه برطبق نتایج حاصل از بهینه‌سازی باهدف حداقل‌سازی هزینه‌های سالانۀ کل مطالعه شده‌است. برای ساختار تک‌برجی، در حالتی‌که کسر مولی اجزای خوراک مساوی باشند، نشان داده‌شده است که امکان کاهش هزینۀ انرژی مصرفی در جوش‌آور تا حدود 30% و هزینۀ سرمایه‌گذاری اولیه در حدود 27% نسبت به ساختار توالی مستقیم وجود دارد؛ ولی این امکان برای تمامی شرایط خوراک ممکن نیست. استفاده از ساختار دیوارۀ‌میانی همواره باعث کاهش هزینه‌های انرژی مصرفی می‌شود ولی با درنظر گرفتن هزینه‌های سالانۀ کل به‌عنوان معیار تصمیم‌گیری، در حالتی‌که زایلین جزء غالب باشد ساختار غیرمستقیم مناسب‌تر است.

کلیدواژه‌ها


فلاح، ح.، ولی پور، م. ص.، "مدل‌سازی و بهینه‌سازی نیروگاه دودکش خورشیدی با الگوریتم‌های SA و PSO"، نشریۀ مدل‌سازی در مهندسی، 16 (53)، (1397).
[2]       پورمیرزاآقا، ه.، ابراهیمی، ر.، انصاری، ا. ب.،"تحلیل انرژی و اگزرژی سیستم ترکیبی توربین گازی مجهزبه پیل سوختی اکسید جامد "، نشریۀ مدل‌سازی در مهندسی، 15 (51)، (1396).
[3]        Young, H. K., "Energy Savings in the Benzene-Toluene-Xylene Separation Process Using an Extended Divided-Wall Column", Chemical Engineering & Technology, 39: pp. 2312– 2322, (2016).
[4]        Cui, C., Zhang, X., Sun, J., "Design and optimization of energy-efficient liquid-only side-stream distillation configurations using a stochastic algorithm", Chemical Engineering Research and Design, 145:
pp. 48–52, (2019).
[5]        Mustafa, M. F., Samad, N. A. F. A., Ibrahim, K. A., Ibrahim, N., Hamid, M. K. A., "Design of Energy Efficient Distillation Columns Systems", International Symposium on Green Manufacturing and Applications (ISGMA): pp. 66–69, (2014).
[6]        Mutalib, M. A., Smith, R., "Operation and control of dividing wall distillation columns: Part 1: Degrees of freedom and dynamic simulation", Chemical Engineering Research and Design, 76: pp. 308–318, (1998).
[7]        Jana, A. K., "A new divided-wall heat integrated distillation column (HIDiC) for batch processing: Feasibility and analysis", Applied Energy, 172:
pp. 199–206, (2016).
[8]        Zheng, L., Cai, W., Zhang, X., Wang, Y., "Design and control of reactive dividing-wall column for the synthesis of diethyl carbonate", Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 111: pp. 127–140, (2017).
[9]        Wang, S. J., Lee, C. J., Jang, S. S., Shieh, S. S., "Plant-wide design and control of acetic acid dehydration system via heterogeneous azeotropic distillation and divided wall distillation", Journal of Process Control, 18: pp. 45–60, (2008).
[10]      El-Gendy, E. M., Saafan, M. M., Elksas, M. S., Saraya, S. F., Areed, F. F., "New Suggested Model Reference Adaptive Controller for the Divided Wall Distillation Column", Industrial & Engineering Chemistry Research, 58: pp. 7247–7264, (2019).
[11]      Sánchez-Ramírez, E., Ramírez-Márquez, C., Quiroz-Ramírez, J. J., Angelina-Martínez, A. Y., Cortazar, V. V., Segovia-Hernández, J. G., "Design of dividing wall columns involving sustainable indexes for a class of quaternary mixtures", Chemical Engineering and Processing-Process Intensification, 148:
p. 107833, (2020).
[12]      Seihoub, F. Z., Benyounes, H., Shen, W., Gerbaud, V., "An improved shortcut design method of divided wall columns exemplified by a liquefied petroleum gas process", Industrial & Engineering Chemistry Research, 56: pp. 9710–9720, (2017).
[13]     رحیمی، ر.، البرزی، ا.، سودمند، م. ح.، زیودار، م.،" شناختی از برج‌های دیوار میانی و تأثیر آن بر کاهش انرژی مورد نیاز در فرایندهای تقطیر "، فصلنامۀ علمی ترویجی فرایند نو، 7 (38)، (1391).
[14]      Petlyuk, F. B., "Distillation theory and its application to optimal design of separation units", Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom, First Edition (2004).
[15]      Solar-Gonzalez, R., Monroy-Loperena, R.,
Velasco-Perez, A., "Simulation and Control Configuration of Integrated Three-Product (Petlyuk) Distillation Column", International Journal of Computer Science and Information Technologies, 2: pp. 847–852, (2011).
[16]      Dejanović, I., Matijašević, L., Halvorsen, I. J., Skogestad, S., Jansen, H., Kaibel, B., Olujić, Ž., "Designing four-product dividing wall columns for separation of a multicomponent aromatics mixture", Chemical Engineering Research and Design, 89:
pp. 1155–1167, (2011).
[17]      Muralikrishna, K., Madhavan, V. K. P., Shah, S. S., "Development of dividing wall distillation column design space for a specified separation", Chemical Engineering Research and Design, 80: pp. 155–166, (2002).
[18]      Szabó, L., Balaton, M., Németh, S., Szeifert, F., "Analysing divided wall columns", Clean Technologies and Environmental Policy, 13:
pp. 633–636, (2011).
[19]      Wright, R. O., "Fractionation apparatus", Google Patents, (1949).
[20]      Yildirim, Ö., Kiss, A. A., Kenig, E. Y., "Dividing wall columns in chemical process industry: a review on current activities", Separation and Purification Technology, 80: pp. 403–417, (2011).
[21]      Dejanović, I., Matijašević, L., Olujić, Ž., "Dividing wall column—a breakthrough towards sustainable distilling", Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 49: pp. 559–580, (2010).
[22]      Luyben, W. L., "Distillation design and control using Aspen simulation", John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey, Second Edition, (2013).
[23]    Mathworks, Inc. Matlab. (2019).
[24]      Aspen Technology, Inc. Aspen Plus. (2019).