Feasibility and limiting parameters of novel extractive and reactive separation processes  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
62099
Type K
Principal investigator Rév, Endre
Title in Hungarian Újtípusú extraktív és reaktív komponens-szétválasztó folyamatok megvalósíthatósága és korlátozó paraméterei
Title in English Feasibility and limiting parameters of novel extractive and reactive separation processes
Keywords in Hungarian extraktív desztillálás, reaktív desztillálás, megvalósíthatóság, korlátok, intervallum-aritmetika
Keywords in English extractive distillation, reactive distillation, feasibility, limiting parameters, interval arithmetics
Discipline
Biochemistry and Food Chemistry (Council of Physical Sciences)100 %
Panel Chemistry 2
Department or equivalent Department of Chemical and Environmental Process Engineering (Budapest University of Technology and Economics)
Participants Farkas, Tivadar
Lelkes, Zoltán
Starting date 2006-02-01
Closing date 2010-03-31
Funding (in million HUF) 19.349
FTE (full time equivalent) 4.79
state closed project
Summary in Hungarian
Az elválasztások hatékonyságának növelésével egyszerre növekedik a termelékenység, javul az oldószerek visszanyerése, és csökken a káros anyagok kibocsátása. A különlegesen nagy tisztaságú termékek gazdaságos előállítására is alkalmas hibrid elválasztások kutatása csak az elmúlt évtizedekben került előtérbe. A pályázók neve az elsők között szerepel egyes idevágó jelenségek és műveleti tulajdonságok leírásában.
Kutatási tervünk szerint a homogén és heterogén folyadékfázisú folyamatos extraktív desztilláció, alkalmas illékonysági viszonyok mellett szakaszos dúsítóban lejátszódó, fordított betáplálású extraktív desztilláció, és szakaszos kiforralóban lejátszódó különféle extraktív desztilláló eljárások műveleti tartományainak, limitáló paramétereinek felderítésére szolgáló gyors kereső eljárást dolgozunk ki, amivel az egyes szétválasztási feladattípusok esetében eldönthető, hogy a művelet hány (és milyen) oszlopszekcióval valósítható meg.
A különféle reaktív-extraktív desztillációs konfigurációk megvalósíthatósági vizsgálatára alkalmas módszert dolgozunk ki (beleértve a dúsító, kiforraló, és középtartályos rendszereket, különféle adagolási és betáplálási változatokat).
A fentiekben felsorolt módszereket ipari jelentőségű rendszerek elemzésére alkalmazzuk, szigorú számításokkal, laboratóriumi és félüzemi kísérletekkel ellenőrizzük.
A vizsgálatok során felmerülő szinguláris és bifurkációs pontok megbízható felderítésére intervallum-aritmetikai módszereket fejlesztünk. Célul tűzzük ki az intervallum-módszerek javítását bonyolultabb rendszerek többszörös megoldásainak megbízható számításához, és optimális működés meghatározásához.
Summary
Productivity, recovery of solvents, and significant decrease in emission of harmful materials are all involved in the results of increasing the efficeiency of separation processes. Novel hybride processes for producing high purity products have come to the focus in the last decades. The researchers of the present project have reached a leading position in this subject.
According to the project plan, short-cut methodology will be developed for exploring the feasible domains, limiting parameters, necessary number and kinds of columns sections for performing continuous extractive distillation with homogeneous and heterogeneous liquid phase, inverse-feed extractive distillation in batch rectifier with appropriate volatility properties, and some extractive distillation variants in batch stripper.
Methodology will be developed for studying the feasibility of some reactive-extractive distillation varints, including rectifier, stripper, and middle-vessel configurations, and different charging and feeding variants.
The above drafted methodologies will be applied to industrially significant systems, and will be validated by rigorous simulation, laboratory and pilot-plant experiments.
Interval-arithmetics based medhodologies will be developed for reliable computation of singular points and bifurcations occuring in the studied systems. Improving the interval methods will also be targeted for extending their capability to more complex problems for reliably determining their multiple solutions and optimal operation.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Módszereket dolgozunk ki különféle desztilláló eljárások, szakaszos kiforralóban, dúsítóban, középtartályos oszlopban extraktív, reaktív, homogén és heterogén folyamatos extraktív desztillálás, középtartályos konszekutív katalitikus extraktív desztillálás megvalósíthatósági vizsgálatára, a lehetséges és szükséges oszlopszekciók és paraméter-tartományok meghatározására. Modelleztük szakaszos extraktív desztilláló rendszerek üzemindítási stratégiáit, szimuláltuk időbeli hatását, és azok eredményeit félüzemi kísérletekkel igazoltuk. Tengervíz sótalanítására szolgáló különféle komponens-szétválasztó berendezések sík tartományon, topográfiai korlátozások figyelembe vétele melletti elhelyezését optimalizáltuk, erre alkalmas, megoldható modell fejlesztettünk. Az extraktív desztilláció oldószerkiválasztással kapcsolt struktúra-szintézisére alkalmas matematikai programozási modellt dolgoztunk ki. Az Outer Approximation algoritmust úgy módosítottuk, hogy az irodalomban fellehető módszereknél lényegesen hatékonyabban alkalmazható a komplex desztilláló rendszereket leíró MINLP modellek megoldására. Az intervallum aritmetika affin aritmetika változatát továbbfejlesztve olyan modellt és módszert dolgoztunk ki, amivel ipari méretű extraktív desztilláló rendszert tudtunk megbízhatóan számítani elfogadható időn belül, személyi számítógépen. A módszer a desztilláló rendszerek adott specifikáció melletti minden megoldását kiszámítja.
Results in English
Feasibility methods are developed for determining the possible and necessary column sections and proper parameter domains for various distillation processes such as batch extractive and reactive distillation, homogeneous and heterogeneous continuous extractive distillation, catalytic extractive distillation in MVC with consecutive reactions. Start-up strategies are modelled, simulated, and the results are varified with pilot-plant experiments. Proper and solvable mathematical programming models are developed and used for optimal allocation of various component separating equipments used for desalinating sea-water over plane domain with topografic constraints. Mathematical programming model is developed and applied for structural synthesis of complex extractive distillation systems with solvent selection. With modifying the Outer Approximation algorithm, a method for solving MINLP models of complex distillation systems significantly more efficiently applicable than those in the literature is obtained. Based on conventional intervals and affine arithmetics, models and methods are developed for reliable computation of industrial scale extractive distillation system in acceptable time with personal computer. All the solutions are automatically provided for a given speification.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=62099
Decision
Yes





 

List of publications

  
Varga, V.; Rev, E.; Gerbaud, V.; Lelkes, Z.; Fonyo, Z.; Joulia, X: Batch Extractive Distillation with Light Entrainer, Chem. Biochem. Eng. Quarterly, 20(1) 1-24, 2006
Steger, C.; Rev, E.; Fonyo, Z.; Meyer, M.; Lelkes, Z.: Feasibility Study of Batch Reactive Distillation in Hybrid Columns, Proc. of 16th European Symposium On Computer Aided Process Engineering and 9th International Symposium of Process Systems Engineering, p. 1063-1068., 2006
Varga, V.; Frits, E.R.; Gerbaud, V.; Fonyo, Z.; Joulia, X.; Lelkes, Z.; Rev, E.: Separation of Azeotropes in Batch Extractive Stripper with Intermediate Entrainer, Proc. of 16th European Symposium On Computer Aided Process Engineering and 9th International Symposium of Process Systems Engineering, p. 793-798., 2006
Stéger, C.; Rev, E.; Horvath, L.; Fonyo, Z.; Meyer, M.; Lelkes, Z.: New Extractive Configuration Separating Azeotropic Mixture in Semi-Batch Way, Separ. Purif. Techn., 52(2), 343-356, 2006
Frits, E.R.; Markót, M. Cs.; Lelkes, Z.; Fonyo, Z; Csendes, T.; Rev, E.: Use of an interval global optimization tool for exploring feasibility of batch extractive distillation, J. Global Optimization, Published online: 10 January 2007, printed version: yet under print, 2006
Czuczai B., Farkas T., Rév E., Lelkes Z.: Speciális ütemezési feladatok osztályba sorolása és megoldása, Műszaki Kémiai Napok’07, Veszprém, 2007. április 25-27., 2007
Baharev A., Rév E.: Egyensúlyi egységek és kaszkádok számítása affin aritmetikával, Műszaki Kémiai Napok’07, Veszprém, 2007. április 25-27., 2007
A. M. Emhamed, Z. Lelkes, E. Rev, T. Farkas, Z. Fonyo and D. M. Fraser:: New hybrid method for mass exchange network optimisation, Chem. Eng. Commun., 194(12), 1688 – 1701 (2007), 2007
A. M. Emhamed, B. Czuczai, L. Horvath, E. Rev, Z. Lelkes:: Optimization of Desalination Location Problem Using MILP, AICHE Journal, 53(9), 2367-2383 (2007), 2007
Rodriguez-Donnis, I.; Papp, K.; Rev, E.; Lelkes, Z.; Gerbaud, V.; Joulia, X.:: Column Configurations of Continuous Heterogeneous Extractive Distillation, AIChE Journal, 53(8), 1982-1993 (2007), 2007
Frits, E. R.; Farkas, T.; Rev, E.; Lelkes, Z.:: An AIMMS Software Supports Development of Proper Mathematical Programming Models, EURO XXII, 22nd European Conference on Operational Research, Prague, July 8-11, 2007., 2007
Repke, J.-U.; Mertens, P.; Aralleno-Garcia, H.; Lelkes, Z.; Rev, E.; Wozny, G.:: Modelling and Simulation of Startup Strategies for Batch Extractive Distillation, Chem. Eng Proc., 28, 149-160 (2007), 2007
Frits, E.R.; Markót, M. Cs.; Lelkes, Z.; Fonyó, Z; Csendes, T.; Rév, E.:: Use of an interval global optimization tool for exploring feasibility of batch extractive distillation, J. Global Optimization 38(2) 297-313 (2007), 2007
Czuczai, B.; Farkas, T.; Rev, E.; Lelkes, Z.: Modified outer approximation algorithm for optimizing complex distillation processes, 18th European Symposium On Computer Aided Process Engineering, Ed.: Braunschweig, B. & Joulia, X., Ser. CACE 25, Elsevier, 2008, CD: ISBN: 978-0-444-53228-2, code FP_0019, 2008
Emhamed, A.M.; Czuczai, B.; Rev, E.; Lelkes, Z.: Studying extractive distillation processes using optimization, 18th European Symposium On Computer Aided Process Engineering, Ed.: Braunschweig, B. & Joulia, X., Ser. CACE 25, Elsevier, 2008, CD: ISBN: 978-0-444-53228-2, code FP_0027, 2008
Baharev A., Rév E.: Reliable computation of equilibrium cascades with affine arithmetic, AIChE Journal, 54(7), 1782-1797, 2008
Lukacs, T.; Steger, C.; Meyer, M.; Rev, E.; Lelkes, Z.: Feasibility study of diethyl carbonate synthesis by equilibrium limited consecutive reactions using batch reactive distillation, 18th European Symposium On Computer Aided Process Engineering, Ed.: Braunschweig, B. & Joulia, X., Ser. CACE 25, Elsevier, 2008, CD: ISBN: 978-0-444-53228-2, code FP_0013, 2008
Farkas, T; Czuczai, B; Rév, E: Modified Outer Approximation algorithm to optimize distillation structure, Veszprém Optimization Conference: Advanced Algorithms (VOCAL 2008) December 15-17 2008, Veszprém, Hungary, 2008
Baharev, A.; Rév, E.: Comparing inclusion techniques on chemical engineering problems, 13th GAMM - IMACS International Symposium on Scientific Computing, Computer Arithmetic, and Verified Numerical Computations SCAN'2008; El Paso, Texas, USA, Sept 29 - Oct, 2008
Emhamed, Abdulfatah M.; Czuczai, B., Rev, E., Lelkes, Z.: Analysis of Extractive Distillation with Mathematical Programming, Ind. Eng. Chem. Res., 47(24), 9983-9995, 2008
Czuczai, B.; Farkas, T.; Rev, E.; Lelkes, Z.: Rolling Operation Algorithm for Solving Complex Scheduling Problems, Ind Eng Chem Res, 48(8) 3898-3908, 2009
Czuczai, B.; Farkas, T.; Rev, E.; Lelkes, Z.: New Mixed Integer Linear Programming Model for Solving Scheduling Problems with Special Characteristics, Ind Eng Chem Res, 48(8) 3898-3908, 2009
Baharev, A.; Achterberg, T.; Rév, E.: Computation of an extractive distillation column with affine arithmetic, AIChE Journal, 55(7) 1695-1704, 2009
Stéger, C.; Lukács, T.; Rev, E.; Meyer, M.; Lelkes, Z.: A generic feasibility study of batch reactive distillation in hybrid configurations, AIChE Journal, 55(5) 1185-1199, 2009
Baharev, A.; Rév, E.: A complete nonlinear system solver using affine arithmetic, CP’09 15th Intl. Conf. on Principles and Practice of Constraint Programming, Lisboa 19-24 Sept 2009), Proc. pp. 17-33, 2009



Back »