Folyamatos extraktív desztilláló rendszer optimalizálása
A vegyipar több ágazatánál (leggyakrabban a festék-, a nyomda és a gyógyszeriparnál) megfigyelhető, hogy a gyártási technológia sok szerves oldószert igényel. A fokozott oldószerhasználat következtében a gyártás melléktermékeként nagy mennyiségű technológiai hulladékvíz és hulladékoldószer-elegy keletkezik, amely magas szerves anyag tartalma miatt nem engedhető a csatornahálózatba, ennek kezeléséről gondoskodni kell.
Amennyiben ez az elegy hagyományos desztillációs eljárással egyáltalán nem választható szét, vagy a szétválasztás gazdasági okokból nem megtérülő a kis relatív illékonyság miatt, extraktív desztillációval érdemes próbálkozni. Két komponensű elegy szétválasztásához itt egy kétkolonnás rendszerre lesz szükség. Az első (extraktív) kolonnába egy harmadik komponenst (szolvenst) kell adagolni, mely újabb azeotropot nem képez.
Dolgozatunkban adott móláramú ekvimoláris aceton-metanol elegy szétválasztását vizsgáltuk. A komponensek egymással minimális forráspontú azeotropot képeznek. A You és munkatársai (2015) cikkében bemutatott rendszer költségigényét elemeztük és a lehetséges csökkentési megoldásokat tanulmányoztuk ChemCAD professzionális folyamatszimulátor segítségével.
Munkánk során elsőként reprodukáltuk a You és társai által felállított modellt az általuk alkalmazott tisztasági előírásokkal, termodinamikai és működési paraméterekkel, majd a cikkben közölt értékeket összevetettük a mi szimulációnkkal. Ezt követően érzékenységvizsgálatok és a ChemCAD beépített optimalizálási funkciója segítségével megkerestük az optimális működtetés jellemzőit. Az optimalizálás célfüggvénye a fajlagos üzemeltetési költség volt. A lehetséges megoldásokat az extraktív szakasz hatékonyságát leíró dimenziótlan mérőszámokkal is összehasonlítottuk.
Mivel a költségminimum nem csak az üzemeltetéstől, hanem a beruházás során felmerülő kiadásoktól is függ, ezért szükségessé vált a desztillációs rendszer teljes költséganalízise. Ez alapján határoztuk meg a desztilláció teljes éves költségét. A ChemCAD és az Excel programok összekapcsolásával lehetővé vált a probléma magasabb szintű elemzése, és elvégezhettük az anyagi ráfordításokra történő minimalizálást is.
Munkánk végén javaslatot tettünk az extraktív desztillációs berendezés műszerezésére és szabályzására is.
Irodalom:
Xinqiang You, Ivonne Rodriguez-Donis és Vincent Gerbeaud: Improved Design and Efficiency of the Extractive Destillation Process for Acetone-Methanol with Water. Ind. Eng. Chem. Res. 2015, 54, 491-501. oldal.
szerzők
-
Kamarás Kristóf Zoltán
Gépészmérnöki mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc) -
Szeghy Boglárka
Gépészmérnöki mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
konzulens
-
Dr. Hégely László
egyetemi docens, Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék