Контактная ступень диабатической ректификационной колонны

Представлены результаты исследования новой контактной ступени диабатической ректификационной колонны рекомендуемой для использования в лесохимической промышленности. Она имеет низкую металлоемкость, гидравлическое сопротивление, удерживающую способность в сочетании с высокой разделительной способностью. Устройство включает насадку для обеспечения перекрестного тока паров, размещенную в коаксиально установленных перфорированных стаканах, над которыми установлены теплообменное устройство и профилированные пластины для осуществления на них частичной конденсации и испарения. Исследована эффективность контактной ступени в зависимости от концентрации летучих компонентов в смеси и ее гидравлическое сопротивление. Изучена интенсивность конденсации смеси паров этанол-вода на поверхности теплообменного устройства и на поверхности горизонтально установленных пластин контактной ступени. Установлены уравнения для расчета величины коэффициентов теплоотдачи. Исследована интенсивность испарения летучих компонентов с поверхности пластин, получена зависимость, позволяющая оценить расход испарившихся паров с поверхности пластины и удельную тепловую нагрузку сконденсировавшихся паров под пластиной. Показано распределение концентрации этанола в поднимающихся парах и в конденсате по высоте контактной ступени. Достигнуто снижение металлоемкости, удерживающей способности, сопротивления и эффективности в сравнении с насадочной адиабатической противоточной колонной. 

1. Владимирова Т. М., Соколов О. М., Третьяков С. И. Моделирование процесса ректификации и парциальной конденсации при разделении таллового масла // Лесной журнал. 2006. № 3. С. 151–153.

2. Селянина Л. И. Получение концентрата пальмитиновой кислоты на установке парциальной конденсации // Лесной журнал. 1999. № 5. С. 82–86.

3. Пленочная тепло- и массообменная аппаратура (Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии) / В. М. Олевский, В. Р. Ручинский, А. М. Кашников, В. И. Чернышев. М. : Химия, 1988. 240 с.

4. Тюрмина Е. С., Ильичев И. С., Радбиль А. Б., Семенычева Л. Л., Лазарев М. А., Маврина Е. А., Шалашова А. А. Очистка сульфатного скипидара-сырца от серасодержащих соединений // Лесной журнал. 2017. № 1. С. 177–185.

5. Lopez-Saucedo E. S., Grossmann I. E., SegoviaHernandez J. G., Hernández S. Rigorous modelling, simulation, and optimization of a conventional and nonconventional batch reactive distillation column: A comparative study of dynamic optimization approaches. Chemical Engineering Research and Design. 2016. Т. 111. С. 83–99. [Google Scholar] [CrossRef].

6. Comparison of heterogeneous azeotropic distillation and energy-saving extractive distillation for separating the acetonitrile-water mixtures / J. Qi, Y. Li, J. Xue, R. Qiao, Z. Zhang, Q. Li // Separation and Purification Technology. 2020. Т. 238. С. 116487. [Google Scholar] [CrossRef].

7. Kiss A. A., Smith R. Rethinking energy use in distillation processes for a more sustainable chemical industry // Energy. 2020. Т. 203. С. 117788. [Google Scholar] [CrossRef].

8. Jana A. K. An internal thermal integration arrangement for multicomponent batch rectifier: Introducing vapor recompression mechanism // Chemical Engineering and Processing-Process Intensification. 2022. Т. 180. С. 108771. [Google Scholar] [CrossRef].

9. Ray S, Das G. Column and Column Internals for Gas-Liquid and Vapour–Liquid Contacting // Process Equipment and Plant Design. 2020. Pp. 427–523. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-814885-3.00014-2.

10. Overview of Methods to Control the Liquid Distribution in Distillation Columns with Structured Packing: Improving Separation Efficiency / A. N. Pavlenko, N. I. Pecherkin, V. E. Zhukov, G. Meski, P. Houghton // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2020. Vоl. 132. Р. 110092. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2020. 110092.

11. Concentric Heat Integrated Distillation Column (HIDiC): a New Specific Packing Design, Characterization and Pre-Industrial Pilot Unit Validation / M. Marin-Gallego, B. Mizzi, D. Rouzineau, С. Gourdon, M. Meyer // Chemical Engineering and Processing – Process Intensification. 2022. Vоl. 171. 108643. https://doi.org/10.1016/j.cep.2021.108643.

12. Voinov N. A., Bogatkova A. V., Zemtsov D. A. Intensification of heat and mass transfer in a diabatic column with vortex trays // ChemEngineering. 2022. Vol. 6, № 2. 29. https://doi.org/10.3390/chemengineering6020029.

13. A study of diabatic distillation in a column with a low pressure drop / N. Voinov, D. Zemtsov, N. Deryagina, A. Bogatkova, O. Zhukova // Chemical Engineering Research and Design. 2022. Vol. 185. P. 10.1016/j.cherd. 2022.06.033.

14. Земцов Д. А., Войнов Н. А. Укрепляющая колонна на основе эффектов термической ректификации // Хвойные бореальной зоны. 2015. Т. 33, № 3–4. С. 153–155.

15. Войнов Н. А., Земцов Д. А., Жукова О. П. Исследование термической ректификации в колонне с низким массообменом на ступенях // Теоретические основы химической технологии. 2017. Т. 51, № 2. С. 174–181.

16. Патент № 2803963 Российская Федерация. МПК B01D 3/18 (2006.01). Контактная ступень колонны термической ректификации : № 2022132690: заявл. 14.12.2022 : опубл. 25.09.2023 / Войнов Н. А., Земцов Д. А.; заявитель СибГУ им. М. Ф. Решетнева. 6 с.: ил.

17. Патент № 2755176 РФ, МПК B01D 3/26. Контактная ступень колонны термической ректификации : № 2020137862 : заявл. 17.11.2020 : опубл. 13.09.2021 / Н. А. Войнов, Д. А. Земцов, О. П. Жукова, Н. В. Дерягина; заявитель СибГУ им. М. Ф. Решетнева. 6 с.: ил.

18. Патент № 2817641 Российская Федерация. МПК B01D 3/20 (2006.01). Контактная ступень колонны термической ректификации : № 2023111754: заявл. 03.05.2023 : опубл. 17.04.2024 / Войнов Н. А., Земцов Д. А., Богаткова А. В., Чернов В. А.; заявитель СибГУ им. М. Ф. Решетнева. 6 с.: ил.

19. Чиндяков А. А., Смирнов Ю. Б. Теплообмен при псевдокапельной конденсации паровой смеси вода-этанол на гладких и оребренных трубах // Вестник МЭИ. 2013. № 1. С. 46–54.

20. Чиндяков А. А., Смирнов Ю. Б. Обобщение опытных данных по теплообмену при псевдокапельной конденсации паровой смеси вода-этанол на трубах // Вестник МЭИ. 2014. № 2. С. 19–23.

21. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии : пособие для вузов ; под ред. чл.-корр. РАН П. Г. Романкова. 12-е изд. М. : ООО ТИД «Альянс», 2005. 576 с.

22. Контактные насадки промышленных тепломассообменных аппаратов : монография / А. М. Каган, А. Г. Лаптев, А. С. Пушнов, М. И. Фарахов ; под ред. А. Г. Лаптева. Казань : Отечество, 2013. 454 с.

23. Ректификация этилового спирта в колоннах со спирально-призматической насадкой / Н. А. Войнов, О. П. Жукова, А. Н. Войнов, В. А. Паньков // Техника и технология пищевых производств. 2012. № 4 (27). С. 95–99.