Analisi sperimentale dei VLE di sistemi azeotropici e studio tecno-economico di un processo di pressure swing distillation

The aim of this thesis is to study the Vapor-Liquid Equilibrium of azeotropic mixtures and to evaluate the performances of the Pressure Swing Distillation process. The unit for experimental data collection at Process Thermodynamics laboratory, PT lab, based in Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta”, has been employed to obtain Vapor-Liquid (VLE) and Vapor-Liquid-Liquid (VLLE) Equilibrium data, which are fundamental for the characterization of thermodynamic models. The ultimate goal is to obtain parameters aimed at improving the energy performances of existing process plants, in an industrial world that requires more and more green innovations. During the development of this thesis work, Vapor-Liquid Equilibrium data of ideal and strongly non-ideal mixtures have been collected, comparing obtained results with the literature’s data in order to validate the unit, devising an accurate analytical procedure reproducible for any multicomponent system. A detailed study of those industrial technologies that allow the separation of non-ideal mixtures into the single components has been performed, and the Pressure Swing Distillation process has been considered for a detailed analysis. Simulations have been carried out to design the plant and select the best operating conditions, on the basis of a techno-economic analysis including the detailed evaluation of fixed costs and operating costs.

Questa tesi si propone di studiare l’Equilibrio Liquido-Vapore di miscele azeotropiche e di valutare le prestazioni del processo di Pressure Swing Distillation. L’unità per la raccolta dei dati sperimentali del Process Thermodynamics laboratory, PT lab, presso il Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta”, è stata impiegata per ottenere dati di Equilibrio Liquido-Vapore (VLE) e Liquido-Liquido-Vapore (VLLE), fondamentali per la caratterizzazione di modelli termodinamici. Il fine ultimo è l’ottenere parametri volti al miglioramento delle prestazioni energetiche di impianti di processo esistenti, in una realtà industriale che richiede innovazioni sempre più green. Durante lo sviluppo di questo lavoro di tesi, sono stati ricavati dati di Equilibrio Liquido-Vapore relativi a miscele ideali e fortemente non ideali, concependo una procedura analitica riproducibile per qualunque sistema multicomponente. È stato svolto uno studio dettagliato di quelle tecnologie industriali che consentono la separazione di miscele fortemente non ideali nei singoli componenti, sviluppando un processo di Pressure Swing Distillation per un’analisi dettagliata. Sono state realizzate simulazioni per progettare l’impianto e selezionare le migliori condizioni operative sulla base di un’analisi tecno-economica, includendo il computo dettagliato di costi fissi e costi operativi.