batch distillation, separation of azeotropes, solvent recovery, operation and control
Discipline
Flow and Thermal Technology (Council of Physical Sciences)
65 %
Ortelius classification: Thermal engineering
Chemical Engineering (Council of Physical Sciences)
35 %
Ortelius classification: Industrial chemistry
Panel
Engineering, Metallurgy, Architecture and Transport Sciences
Department or equivalent
Department of Building Service Engineering and Process Engineering (Budapest University of Technology and Economics)
Participants
Balázs, Tibor Dénes, Ferenc Kopasz, Árpád Modla, Gábor
Starting date
2010-02-01
Closing date
2013-06-30
Funding (in million HUF)
17.170
FTE (full time equivalent)
5.10
state
closed project
Summary in Hungarian
A desztilláció a vegyiparban leggyakrabban alkalmazott, nélkülözhetetlen, de nagy energiaigényű elválasztó művelet. A szakaszos desztilláló berendezések optimális tervezése és működtetése nagy energiamegtakarítást eredményezhet a gyógyszer- és szerves vegyiparban. A képződő hulladék-oldószer elegyek (pl. klórozott szénhidrogének) regenerálása nemcsak a gazdaságosság, hanem a környezetvédelem szempontjából is kulcsfontosságú. Az azeotrop elegyek hatékony szétválasztására speciális (pl. heteroazeotrop, nyomásváltó, extraktív) desztillációs módszereket kell alkalmazni. Ezek eddig szakaszos üzemmódban még nem terjedtek el az iparban, pedig az sok esetben előnyösebb a folyamatosnál (pl. amikor az elegy összetétele és mennyisége gyakran változik). A projekt célja a vezető kutató és munkatársai által – nemzetközi együttműködésben – kidolgozott új szakaszos heteroazeotrop és nyomásváltó desztillációs eljárások és konfigurációk kísérleti megvalósítása és tökéletesítése külföldi partnerrel (INP Toulouse). További fontos cél algoritmus és program kidolgozása többkomponensű azeotrop elegyek desztillációs szétválasztási folyamatának szintézisére (az egyes termékek sorrendjének és mennyiségének meghatározására). E program új desztillációs eljárások kifejlesztésénél alkalmazható lesz ipari partnereinknél is. A projekt várhatóan rangos nemzetközi folyóiratcikkeket, a PhD hallgatók nagyarányú részvétele miatt a kutatói utánpótlás fejlesztését is eredményezi.
Summary
Distillation is the separation method most frequently applied in the chemical industries having very high energy demand. Optimal design and operation of batch distillation columns may result in great energy saving in the pharmaceutical and organic chemical industries. The regeneration of waste solvent mixtures (e.g. recovery of chlorinated hydrocarbons) is crucial not only because of economic issues but also from the point of view of environmental protection. For the efficient separation of azeotropic mixtures a special (heteroazeotropic, pressure swing or extractive) distillation method must be applied. In the industry these methods are not widespread in batch mode, at all. However the batch mode is more advantageous than the continuous one when the amount and/or composition of the feed frequently vary. The aim of the project is experimental validation and improvement of the new batch heteroazeotropic and pressure swing methods and configurations elaborated by the leading researcher and his team partly in international collaboration. A further important goal is the development of an algorithm (and computer program) for supporting the process synthesis of the distillation separation of multicomponent azeotropic mixtures (determination of the sequence and maximal amount of cuts (products) on the basis of feed composition and azeotropic data (boiling point, composition). The algorithm and program can be applied at our industrial partners for developing new distillation technologies, as well. The realisation of the project will result in several articles in high level international journals, development of the researcher replacement (participation of at least 2 PhD students).
Final report
Results in Hungarian
A projekt fő célkitűzése a vezető kutató és munkatársai által korábban javasolt speciális szakaszos desztillációs módszerek tökéletesítése illetve kísérleti igazolása volt.
További fontos cél volt egy olyan algoritmus (és számítógépes program) kifejlesztése, amely segítséget nyújt többkomponensű azeotrop elegyek desztillációs szétválasztásának folyamatszintéziséhez, úgy, hogy a betáplálás összetétele és az azeotrop adatok (forráspont, összetétel) alapján meghatározható vele a termékek sorrendje és maximális mennyisége.
A szakaszos heteroazeotrop desztillációra kifejlesztettünk, valamint laboratóriumi és félüzemi kísérletekkel igazoltunk egy új kétoszlopos zárt rendszert, amely általánosabb és rugalmasabb, mint a korábbi változat.
Szimulációval vizsgáltuk az új kétoszlopos szakaszos nyomásváltó desztillációs rendszerek szabályozási kérdéseit. A megvalósíthatósági vizsgálatok alapján különböző típusú terner elegyekre konfigurációt és elválasztási módszert javasoltunk.
a szakaszos reaktív nyomásváltó desztillációra két megvalósítható konfigurációt javasoltunk, és vizsgáltunk meg.
A szakaszos extraktív desztillációra új üzemeltetési módot javasoltunk, aminek előnyeit laboratóriumi kísérletekkel és ipari félüzemi gyártással is igazoltuk.
Results in English
The main goals of the project were the improvement and experimental validation of the special batch distillation methods suggested formerly by the team of the leading researcher.
A further important goal was the development of an algorithm (and computer program) for supporting the process synthesis of the distillation separation of multicomponent azeotropic mixtures (determination of the sequence and maximal amount of cuts (products) on the basis of feed composition and azeotropic data (boiling point, composition).
A new double-column closed system for the heteroazeotropic batch distillation was developed and validated by laboratory and pilot plant experiments, which is more general and flexible than the former one.
The control issues of the new double-column pressure swing batch distillation systems were studied by simulation. On the basis of feasibility studies we suggested configuration and separation method for different types of ternary mixtures.
For the batch reactive pressure swing distillation two feasible configurations were proposed and studied.
A new operational policy for the batch extractive distillation was suggested and validated by laboratory experiments and industrial pilot plant production.
Modla G., P. Lang, F. Denes: Feasibility of separation of ternary mixtures by pressure swing batch distillation, 870-881, Chem. Eng. Sci., 65(1), 2010
Gabor Modla and Peter Lang: Separation of an Acetone−Methanol Mixture by Pressure-Swing Batch Distillation in a Double-Column System with and without Thermal Integration, Ind. Eng. Chem. Res. , 49 (8), pp 3785–3793, 2010
G. Modla: Pressure swing batch distillation by double column systems in closed mode,, Computers and Chemical Engineering 34, 1640–1654, 2010
Lang P., L.Hegely, Gy. Kovacs, J. Gaal-Szilagyi and B. Kotai: Solvent Recovery From A Multicomponent Mixture By Batch Extractive Distillation And Hybrid Process, Distillation&Absorption 2010 Eindhoven, 12-15 Sept.,ISBN 978-90-386-2215-6, 295-300, 2010
Arpad Kopasz, Gabor Modla, Peter Lang: Product Composition Control of a Pressure swing Double Column Batch Rectifier, Distillation&Absorption 2010 Eindhoven, 12-15 Sept.,ISBN 978-90-386-2215-6, 557-562, 2010
Ferenc Denes, Peter Lang and Xavier Joulia: EXPERIMENTAL VALIDATION OF A NEW DOUBLE-COLUMN SYSTEM FOR HETEROAZEOTROPIC BATCH DISTILLATION, Distillation&Absorption 2010 Eindhoven, 12-15 Sept.,ISBN 978-90-386-2215-6, 289-294, 2010
Hegely L., P. Lang, 2011: A New Algorithm for the Determination of Product Sequences in Azeotropic Batch Distillation, Ind. Eng. Chem. Res., 50 (22), 12757-12766, 2011
Hegely L., Lang P.: New Algorithm for the Determination of Product Sequences of Batch Azeotropic and Pressure Swing Distillation,, Chemical Engineering Transactions, 25, 695-700, ISSN 1974-9791, 2011
Denes F., Lang P., Joulia X.: Batch Heteroazeotropic Distillation in a New Generalised Double-Column System, Chemical Engineering Transactions,, Chemical Engineering Transactions, 25, 725-730, ISSN 1974-9791, 2011
Modla G.: Separation of a Chloroform–Acetone–Toluene Mixture by Pressure-Swing Batch Distillation in Different Column Configurations., INDUSTRIAL & ENGINEERING CHEMISTRY RESEARCH 50(13) pp. 8204-8215, 2011
Modla G.: Reactive pressure swing batch distillation by a new double column system., COMPUTERS & CHEMICAL ENGINEERING, 35, pp.2401– 2410, 2011
Láng Péter, Hégely László, Kovács György: Eljárás metanol visszanyerésére többkomponensű oldószerelegyekből, P 1200245, elfogadott magyar szabadalom, 2012
Denes F., Lang P., Joulia X.: Generalised closed double-column system for batch heteroazeotropic distillation, Separation and Purification Technology, 89,297–308, 2012
