A Study of the Effect of Pressure on the Relative Volatility of the Components in the Process of Rectification of Mixtures of Different Natures

I. S. Gaganov; Гаганов И. С.; A. V. Frolkova; Фролкова А. В.; A. K. Frolkova; Фролкова А. К.

doi:10.31857/S0040357123060052

A Study of the Effect of Pressure on the Relative Volatility of the Components in the Process of Rectification of Mixtures of Different Natures

Authors: Gaganov I.S.¹, Frolkova A.V.¹, Frolkova A.K.¹
Affiliations:
1. Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies, MIREA Russian Technological University
Issue: Vol 57, No 6 (2023)
Pages: 668-680
Section: Articles
Published: 01.11.2023
URL: https://rjmseer.com/0040-3571/article/view/652842
DOI: https://doi.org/10.31857/S0040357123060052
EDN: https://elibrary.ru/HFGTTM
ID: 652842

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract

The effect of pressure on the coefficient of relative volatility of binary mixtures of different natures and ternary mixtures containing potential separating agents such as dimethylsulfoxide (DMSO) and butyl propionate is studied. A wide range of information is obtained based on the data on the vapor–liquid equilibrium, and effects of the pressure on the relative volatility of various nature and cause for a fixed composition of the initial mixture are determined. In the presence of points of intersection of the phase-equilibrium curves in the initial binary mixture and pseudobinary mixture (in the section with a constant concentration of the third high-boiling component), the concentration simplex is divided into regions in which the values of the coefficient of relative volatility decrease (increase) upon varying pressure. This fact makes it possible to improve the procedure of optimization of the process of separation at the stage of selection of the working pressure in the columns.

Keywords

vapor–liquid equilibrium, relative volatility, pressure, deviation from ideal behavior, coefficient of activity, zeotropic (azeotropic) system, extractive rectification

References

Фролкова А.К. Разделение азеотропных смесей. Физико-химические основы и технологические приемы. М.: Гуманитар. изд. центр ВЛАДОС, 2010.
Фролкова А.К., Фролкова А.В., Раева В.М., Жучков В.И. Особенности ректификационного разделения многокомпонентных смесей // Тонкие химические технологии. 2022. № 17(2). С. 87. (Frolkova A.K., Frolkova A.V., Raeva V.M., Zhuchkov V.I. Features of distillation separation of multicomponent mixtures // Fine Chem. Technol. 2022. № 17(2). P. 87.https://doi.org/10.32362/2410-6593-2022-17-2-87-106)
Gaganov I.S., Belim S.S., Frolkova A.V., Frolkova A.K. Development of Flowsheet of Separation of a Phenol Production Mixture Based on the Analysis of Phase Equilibrium Diagrams // Theor. Found. Chemical Eng. 2023. V. 57. № 1. P. 35. https://doi.org/10.1134/S0040579523010049
Раева В.М., Фролкова А.К., Рыжкин Д.А. Закономерности экстрактивной ректификации смеси метанол–ацетонитрил–тетрагидрофуран–вода при разном давлении // Химическая технология. 2023. № 24(4). C. 151.https://doi.org/10.31044/1684-5811-2023-24-4-151-159
Анохина Е.А. Энергосбережение в процессах экстрактивной ректификации // Вестник МИТХТ им. М.В. Ломоносова. 2013. Т. 8. № 5. C. 3.
Gerbaud V., Rodriguez-Donis I., Hegely L., Lang P., Denes F., You X., Review of extractive distillation. Process design, operation optimization and control // Chem. Eng. Res. Des. 2019. V. 141. P. 229. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2018.09.020
Zhigang L.; Chengyue L.; Biaohua C. Extractive Distillation: A Review // Sep. Purif. Rev. 2003. № 32. 121.
Lv L., Li H., Zhang Z., Huang H. Comparison of the economy and controllability of pressure swing distillation with two energy-saving modes for separating a binary azeotrope containing lower alcohols // Processes. 2019. № 7. 730.
Wang K., Li J., Liu P., Lian M., Du T. Pressure swing distillation for the separation of methyl acetate-methanol azeotrope // Asia-Pac. J. Chem. Eng. 2019. № 14. P. 2319.
Cui C., Sun J. Rigorous desing and simultaneous optimization of extractive distillation systems considering the effect of column pressures // Chem. Engin. Process.: Process Intensif. 2019. V. 139. P. 68.
Frolkova A.K., Zhuchkov V.I., P.G.Rum’eantsev. Ionic liquids as separating agents in extractive rectification // Chem. Eng. Res. Design. 2015. V. 99. P. 215.
Zhuchkov V.I., Raeva V.M., Frolkova A.K. The choice of selective agents for extractive distillation by gas–liquid chromatography. Theor. Found. Chemical Eng. 2017. V. 51. № 6. P. 1047. https://doi.org/10.1134/S0040579517060185
Клаузнер П.С., Рудаков Д.Г., Анохина Е.А., Тимошенко А.В. Применение схем с частично связанными тепловыми и материальными потоками и тепловых насосов для снижения энергетических затрат на экстрактивную ректификацию смеси изобутиловый спирт–изобутилацетат с диметилформамидом // Теорет. основы хим. технологии. 2020. Т. 54. № 3. С. 276. (Klauzner P.S., Rudakov D.G., Anokhina E.A., Timoshenko A.V. Use of partially thermally coupled distillation systems and heat pumps for reducing the energy consumption in the extractive distillation of an isobutanol–isobutyl acetate mixture using dimethylformamide // Theor. Found. Chem. Eng. 2020. Т. 54. № 3. С. 397).
Анохина Е.А., Якутин Р.И., Тимошенко А.В. Очистка бензола от тиофена экстрактивной ректификацией с применением колонн с боковым отбором в паровой фазе // Теорет. основы хим. технологии. 2021. Т. 55. № 5. С. 578. (Anokhina E.A., Yakutin R.I., Timoshenko A.V. Purifying benzene from thiophene by extractive distillation using columns with side withdrawal in the vapor phase // Theor. Found. Chem. Eng. 2021. Т. 55. № 5. С. 880).
Frolkova A.K., Frolkova A.V., Gaganov I.S. Extractive and auto-extractive distillation of azeotropic mixtures // Chem. Eng. Technol. 2021. T. 44. № 8. C. 1397.
Жучков В.И., Румянцев П.Г., Решетов С.А., Челюскина Т.В., Фролкова А.К. Экспериментальные исследования экстрактивной ректификации в присутствии ионной жидкости // Вестник МИТХТ. 2011. Т. 6. № 3. С. 44.
Zhuchkov V.I., Raeva V.M., Frolkova A.K. Study of the Selectivity of Binary Agents by Gas–Liquid Chromatography // Theor. Found. Chem. Eng. V. 54. 2020. P. 194.
Yang A., Sun S., Shi T., Xu D., Ren J., Shen W. Energy-efficient extractive pressure-swing distillation for separating binary minimum azeotropic mixture dimethyl carbonate and ethanol // Sep. and Pur. Tech. 2019. V. 229. P. 115817.
Shi T., Chun W., Yang A., Jin S., Shen W., Ren J., Gu J. The process control of the triple-column pressure extractive distillation with partial heat integration // Sep. and Pur. Tech. 2020. V. 238 P. 116416.
Решетов С.А. Предсинтез схем ректификации многокомпонентных полиазеотропных смесей. М.: Гуманитар. изд. центр ВЛАДОС, 2014.
Полковниченко А.В., Челюскина Т.В. Взаимные преобразования диаграмм единичных α-линий систем бутилбутират–масляная кислота–разделяющий агент // Химия и технология органических веществ. 2021. № 1(17). С. 21.
Челюскина Т.В., Бедретдинов Ф.Н. Математическое моделирование экстрактивной ректификации смеси бутилбутират–масляная кислота // Теорет. основы хим. технологии. 2016. Т. 50. № 5. С. 516. https://doi.org/10.7868/S0040357116050018
Бедретдинов Ф.Н., Прудников С.А., Челюскина Т.В. Математическое моделирование процесса экстрактивной ректификации смеси бутилпропионат–пропионовая кислота // Химия и технология органических веществ. 2021. № 4 (20). С. 32.
Полковниченко А.В., Челюскина Т.В. Ректификационное разделение промышленной смеси изобутилацетат–уксусная кислота–изоамилацетат // Теорет. основы хим. технологии. 2023. Т. 57. № 4. С. 433. https://doi.org/10.31857/S0040357123040097
Термодинамика равновесия жидкость–пар / Под ред. Морачевского А.Г. Л.: Химия, 1989.
Раева В.М. Теплоты испарения бинарных смесей // Вестник МИТХТ им. М.В. Ломоносова. 2013. Т. 8. № 1. С. 43.
Серафимов Л.А., Раева В.М., Фролкова А.К. Понятие идеального в химической термодинамике // Вестник МИТХТ им. М.В. Ломоносова. 2012. Т. 7. № 5. С. 57.
Raeva V.M., Frolkova A.V., Serafimov L.A. Determination of concentration regions of existence of ternary azeotropes: systems showing mixed deviations from ideal behavior// Theor. Found. Chem. Eng. 2009. T. 43. № 5. C. 676.
Серафимов Л.А., Фролкова А.К., Тациевская Г.И. Системы экстрактивной ректификации с нераспределенными между фазами разделяющими агентами // Теор. основы хим. технологии. 2004. Т. 38. № 1. С. 24.
Серафимов Л.А., Фролкова А.К., Тациевская Г.И. Преобразование диаграмм псевдоазеотропных смесей // Теор. основы хим. технологии. 2005. Т. 39. № 2. С. 192.
Клаузнер П.С., Рудаков Д.Г., Анохина Е.А., Тимошенко А.В. Энергосбережение в экстрактивной ректификации смеси изобутиловый спирт-изобутилацетат с бутилпропионатом // Тонкие химические технологии. 2020. № 15(4). C. 14.
Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. Л.: Химия, 1982.
База данных национального института стандартов и технологий (NIST). № 69. 2018.