NUEVAS PERSPECTIVAS EN PROCESOS DE SEPARACIÓN: SIMULACIÓN COLUMNA DE DESTILACIÓN CON INTEGRACIÓN INTERNA DE CALOR (CDIIC)

RESUMEN Las columnas con integración interna de calor CDIIC se caracterizan por la diferencia de presión entre las secciones de rectificación y agotamiento ubicadas en forma concéntrica. Básicamente, la nueva configuración consta de una sección de rectificación que trabaja a mayor presión y temperatura, la cual transfiere calor a la sección de agotamiento disminuyendo el consumo energético con respecto a la destilación convencional. El presente trabajo estudia el concepto de columna con integración interna de calor para una mezcla binaria benceno-tolueno; el estudio muestra que existe un gran potencial de ahorro energético con respecto a la convencional. La columna CDIIC muestra una amplia perspectiva de trabajo como alternativa para separaciones industriales. Palabras clave: destilación, integración de calor, integración de procesos.   ABSTRACT The Heat Integrated Distillation Column HIDiC is characterized by the pressure difference between the rectification and stripping sections in a concentrical system. Basically, the new configuration consists of a rectifying section that works at higher pressure and temperature, which transfers heat to the stripping section for decreasing energy consumption compared to the conventional distillation. The present study examines the concept of heat integrated column within a binary mixture benzene-toluene and presents great potential for energy savings. HIDiC column shows a broad perspective of work as an alternative for industrial separations. Keywords: distillation, heat integration, process integration

Process Modeling And Techno-Economic Analysis Of Zeolite Membrane Separation Processes

University of Minnesota Ph.D. dissertation. April 2018. Major: Chemical Engineering. Advisors: Michael Tsapatsis, Prodromos Daoutidis. 1 computer file (PDF); xiv, 140 pages.Zeolite membrane separation is considered to be a promising alternative to the traditional energy-intensive industrial separation techniques such as distillation. Currently, zeolite membranes are implemented in industry only for solvent dehydration applications. However, good separation performance is obtained at laboratory scale for various applications such as bioethanol enrichment, hydrogen recovery, natural gas purification, butane isomer separation, xylene isomer separation, etc. This progress should pave the way for the industrial implementation for other applications. Although significant progress has been made in preparation, characterization and commercialization of zeolite membranes, rigorous models, which can predict the membrane performance in industrial settings, are not available in the literature. Mathematical and process modeling plays an important role in the implementation and evaluation of any new technology or application. Thus, specific objectives of this thesis are to (i) design and develop a detailed mathematical model of a zeolite membrane separation process for accurate performance prediction under a wide variety of operating conditions, and (ii) develop and optimize a conceptual process design approach and perform a techno-economic evaluation for several significant application specific flowsheets. In this thesis, complex challenges both at the chemical engineering fundamentals and the process scale have been addressed. A detailed mathematical model of a zeolite membrane separation based on adsorption-diffusion phenomenon is formulated using Maxwell-Stefan equations. In addition to the adsorption and diffusion based transport through zeolite layer, factors such as mass transfer through the porous support, the use of a sweep gas, concentration polarization phenomenon and presence of defects are also discussed. The adsorption-diffusion model (including external resistances) is then integrated with the process-scale governing equations to assess the industrial potential of zeolite membranes. Further, conceptual process designs have been modeled and techno-economic evaluation has been performed to evaluate the scope of zeolite membrane separation for several applications in chemical and bio-based refineries, including butane isomer separation, bioethanol enrichment and propylene-propane separation. Both the stand-alone membrane systems and hybrid membrane-distillation systems have been considered. A hybrid membrane-distillation process is found to be energy efficient and economically attractive over stand-alone membrane systems. Finally, a net present value of the system is analyzed to generate a set of performance targets in term of the permeance and the membrane cost

Méthode de faisabilité et de conception de colonnes à cloison (DWC) pour la distillation de mélanges non-idéaux et azéotropiques

Implantées depuis plus de dix ans dans l’industrie, l’intérêt des colonnes à cloison n’est aujourd’hui plus à démontrer. Suivant les applications envisagées, elles peuvent permettre d’important gain tant énergétique qu’économique. Cependant leur design est toujours complexe et les méthodes de conception développées ne s’adressent qu’à des applications avec des mélanges proches de l’idéalité. Le développement d’une nouvelle méthode de design d’une colonne à distillation de mélanges non-idéaux applicable aux colonnes à cloison constitue l’objet d’étude de cette thèse. Dans un premier temps, une procédure de faisabilité et de design d’une colonne classique basée sur les feuilles opératoires a été proposée. Les paramètres de design obtenus sont ensuite utilisés comme initialisation d’une simulation rigoureuse conduite au sein du logiciel Prosim Plus. Afin de tester cette procédure, des mélanges idéaux, non-idéaux et azéotropiques ont été utilisés. Il a pu être montré que les paramètres de design obtenus permettent d’accéder à un design plus fiable et plus efficient, aussi bien d’un point de vue énergétique qu’économique, que ceux obtenus par la bien connue méthode shortcut FUGK. Dans un second temps, la procédure a été adaptée aux colonnes à cloison. Les paramètres obtenus ont également servi à initialiser une simulation rigoureuse et la procédure a été testée avec les mêmes mélanges. Il a été mis en évidence que les paramètres de design obtenus permettaient d’obtenir une bonne initialisation de la colonne. Comparée avec une autre méthode développée précédemment par le laboratoire, la procédure développée s’est révélée plus fiable et a permis l’obtention de design plus économique tant du point de vue énergétique qu’en termes d’investissement. Enfin, une phase de validation expérimentale a également été réalisée sur une installation pilote. Dans un premier temps, l’instrumentation et le contrôle de la colonne ont été fortement améliorés. Dans un second temps, des résultats expérimentaux réalisés sur avec un mélange hétéro-azéotropique ont pu valider des simulations en terme de profils de composition et de température interne ainsi que les compositions et les débits de sortie de la colonne

Proceedings of the 10th International Chemical and Biological Engineering Conference - CHEMPOR 2008

This volume contains full papers presented at the 10th International Chemical and Biological Engineering Conference - CHEMPOR 2008, held in Braga, Portugal, between September 4th and 6th, 2008.FC