Комплексна теплова інтеграція процесу ректифікації суміші бензол-толуол - Рищенко, Ігор Михайлович; Биканов, Сергій Миколайович; Горбунов, Костянтин Олександрович; Миронов, Антон Миколайович; Ільченко, М. В. (Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024)
Здійснено комплексну теплову інтеграцію процесу ректифікації суміші бензол-толуол. Теплова інтеграція проводилась за допомогою методів пінч-аналізу та із застосуванням термокомпресії. За основу взята принципова технологічна схема ректифікації суміші бензол-толуол продуктивністю 11 т/год. Для даної продуктивності на основі матеріального та теплового балансу розраховано витрати потоків, їх температури, теплове навантаження, потокові теплоємності. На основі розрахованих даних сформовано потокову таблицю. Для інтеграції обрано три гарячих потоки: дистилят, кубовий залишок та пар з верху колони, та два холодних потоки: початкова суміш та куб колони. Для здійснення термокомпресії розраховано необхідний ступень стиску парів. Для визначеного ступеня стискання розраховано температуру пара після стиску та температуру його конденсації. На основі техніко-економічних міркувань для даної технологічної схеми процесу ректифікації визначено мінімальну різницю температур Tmin=12 °С. Для обраної Tmin побудовано складові криві потоків. За допомогою метода табличного алгоритму визначено температуру пічна для гарячих і холодних потоків, які становлять ТН пинч=82 °С, ТС пинч=70 °С. Визначено мінімальну кількість гарячих і холодних утиліт: QНmin та QСmin. Для обраного Tmin отримано рекуперацію тепла у кількості Qрек=2186,82 кВт. Побудовано сіткову діаграму, розташовано теплообмінники у відповідності із СР та N правилами. Запропоновано технологічну схему процесу ректифікації після реконструкції із використанням термокомпресії. Модернізована схема включає використання чотирьох рекуперативних теплообмінників, одного підігрівача та двох холодильників для досягнення цільових температур потоків. Для здійснення термокомпресії пропонується встановити компресор. В якості теплообмінного обладнання запропоновано використання пластинчатих теплообмінників фірми Alfa Laval. Строк окупності запропонованого рішення складає приблизно два–два с половиною роки.

Comprehensive thermal integration of the benzene-toluene mixture rectification process was carried out. Thermal integration was carried out using pinch analysis methods with using thermocompression. The principle technological scheme of rectification of the benzene-toluene mixture with a productivity of 11 t/h is taken as a basis. For this performance, the consumption of flows, their temperatures, heat load, and flow heat capacities are calculated on the basis of the material and heat balance. Based on the calculated data, a flow table was created. Three hot streams are selected for integration: the distillate, the tailings, and the vapor from the top of the column, and two cold streams: the initial mixture and the column cube. The necessary degree of vapor compression is calculated for thermocompression. For a given degree of compression, the temperature of the steam after compression and the temperature of its condensation were calculated. Based on the technical and economic considerations, the minimum temperature difference Tmin=12 °С was determined for this technological scheme of the rectification process. For the selected Tmin, the component curves of the flows are constructed. Using the table algorithm method, the temperatures of the furnace for hot and cold flows were determined, which are ТНpinh=82 °С, ТСpinh=70 °С. The minimum number of hot and cold utilities is determined: QНmin and QCmin. For the selected Tmin, heat recovery was obtained in the amount of Qrek=2186,82 kW. A grid diagram is constructed, heat exchangers are located in accordance with CP and N rules. A technological scheme of the rectification process after reconstruction using thermocompression is proposed. The upgraded scheme includes the use of four recuperative heat exchangers, one heater and two coolers to achieve target flow temperatures. It is recommended to install a compressor for thermocompression. The use of Alfa Laval plate heat exchangers is proposed as heat exchange equipment. The payback period of the proposed solution is approximately two to two and a half years.
Complex thermal integration of the rectification process of the benzene-toluene mixture
Keywords: теплова інтеграція; пінч-аналіз; гарячі та холодні утиліти; складові криві; сіткова діаграма; рекуперація; ректифікація; бензол; толуол; термокомпресія; heat integration; pinch analysis; hot and cold utilities; composite curves; net diagram; recuperation; rectification; benzene; toluene; thermocompression