Application of the Vmin diagram for the dividing wall distribution column design

Abstract

[ES] La destilación es un método muy utilizado para la separación de fluidos en la industria química y conlleva altos costes energéticos y de capital. Un posible enfoque para reducir los costes de destilación es la llamada destilación de pared divisoria. La destilación de pared divisoria es un tipo de destilación en el que se utiliza una columna de pared divisoria, que puede separar tres o más productos con alta pureza. Este tipo de columna combina el funcionamiento de dos o más columnas convencionales en un solo cuerpo. Se ha informado de que las DWC de tres productos pueden reducir tanto los costes de capital como los de energía hasta un 30% en comparación con secuencias comparables de columnas convencionales de dos productos. Esto se ha confirmado en la práctica gracias a los varios centenares de columnas de este tipo que se aplican principalmente en la industria de productos químicos especializados. Las DWC de cuatro productos (también llamadas DWC múltiples o mDWC) podrían proporcionar un ahorro aún mayor debido a un mayor grado de integración; sin embargo, sólo se conoce una aplicación en el mundo real, realizada como columna Kaibel, más sencilla y menos eficiente energéticamente. Uno de los principales obstáculos para su mayor aceptación es su complejidad y la falta de procedimientos de diseño bien establecidos. En este trabajo se explora la aplicabilidad del llamado método de diseño de atajo Vmin con dos propósitos. El primero es obtener los datos necesarios para inicializar modelos DWC detallados que comprendan secuencias apropiadas de modelos de columnas ordinarias, tal como se encuentran en los simuladores de procesos comerciales. El segundo es explorar posibles simplificaciones estructurales de un mDWC de Petlyuk que no comprometan su eficiencia energética. Por último, los datos proporcionados por el método Vmin se probarán con el simulador de procesos CHEMCAD para evaluar su utilidad.

[EN] The distillation is a widely used method for fluid separations in the chemical industry and it involves high energy, as well as capital costs. One possible approach to reducing distillation costs is the so-called dividing-wall distillation. Dividing-wall distillation is a type of distillation where a dividing-wall column is used, which can separate three or more products with high purity. This type of column combines the operation of two or more conventional columns in a single shell. It has been reported that three product DWCs can reduce both, capital and energy costs up to 30% compared to comparable sequences of conventional, two-product columns. This has been confirmed in practice owing to the several hundreds of such columns being applied mainly in the specialty chemicals industry. Four product DWC (also called multiple DWCs or mDWCs) could provide even higher savings due to a higher degree of integration; however, there is only one known real-world application, realized as simpler and less energy efficient Kaibel column. One of the main obstacles to their wider acceptance is their complexity and the lack of the well-established design procedures. In this paper, the applicability of the so-called Vmin shortcut design method is explored for two purposes. First is to obtain date necessary for initializing detailed DWC models comprising appropriate sequences of ordinary column models in as encountered in commercial process simulators. Second is to explore possible structural simplifications of a Petlyuk mDWC that do not compromise its energy efficiency. Finally, the data provided by the Vmin method will be tested using CHEMCAD process simulator to evaluate its usability.