Recent advances in heat pump assisted distillation

Simple item page
dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorJakobsson, Kaj
dc.contributor.authorNieminen, Daniel
dc.contributor.schoolKemiantekniikan korkeakoulufi
dc.contributor.supervisorKontturi, Eero
dc.date.accessioned2024-07-30T08:12:36Z
dc.date.available2024-07-30T08:12:36Z
dc.date.issued2024-06-04
dc.description.abstractDistillation is the most used separation method for liquid-liquid -mixtures in industrial applications. However, the energy efficiency of distillation is low due to the lack of heat integration between the distillate and bottom streams. In distillation processes, the mixture is heated with a reboiler, and then the vaporized distillate is cooled and condensed. Heat pumps aim to enhance energy efficiency and to reduce carbon emissions by integrating heat between the top condenser and bottom reboiler. The most popular heat pumps used in distillation processes are mechanical heat pumps, which include direct vapor recompression, bottom flashing and external vapor recompressions schemes, along with absorption heat pumps. Heat pumps can be used in various distillation processes, such as conventional distillation, extractive distillation, reactive distillation etc. In this literature review heat pump assisted distillation processes were compared to base-case distillation processes, where heat pumps were not implemented. The aim was to find which mixtures could be separated with heat pump assisted distillation, and which distillation processes can be coupled with heat pumps. Since heat pump assisted distillation has been used for a long time to improve the energy efficiency of distillation, the focus of this thesis was in reducing carbon emissions and electrification of distillation. Heat pump assisted distillation proved to be environmentally friendly, with the reduction of carbon emissions being 13–90 %, depending on the examined process. For example, using heat pumps in extractive distillation to separate a ternary mixture of isopropanol, tetrahydrofuran and water resulted in a reduction of 48,22 % in flue gas emissions. When heat pumps were used in pressure-swing distillation to separate methanol and diethylamine, a 90 % reduction in carbon emissions was noticed. However, each distillation task requires own solutions, and no heat pump scheme is superior compared to others. Mechanical heat pumps are the most used at the moment, and they hold an advantage over absorption heat pumps since the compressors of mechanical heat pumps can be operated electrically.en
dc.description.abstractTislaus on yleisin teollisuudessa käytetty erotusmenetelmä. Tislauksen energiatehokkuus on kuitenkin heikko, sillä lämpö ei integroidu tislauskolonnin lauhduttimen ja kiehuttimen välillä. Erotettava seos kuumennetaan kiehuttimella, ja lämpö hukataan tislevirrassa lauhduttimeen, joka jäähdyttää tisleen. Kuuma höyry tuotetaan usein hiilipohjaisista energianlähteistä, jotka aiheuttavat hiilidioksidipäästöjä. Lämpöpumppujen käyttäminen islauskolonneissa mahdollistaa virtojen välisen lämmön integroitumisen, jolla on suora vaikutus tislauksen energiatehokkuuteen sekä hiilidioksidipäästöjen vähenemiseen. Tislauskolonneissa käytettyjä lämpöpumppuja ovat mekaaniset höyrykompressiolämpöpumput sekä absorptiolämpöpumput. Lämpöpumppuja voidaan käyttää monissa erilaisissa tislausmenetelmissä perinteisten tislauskolonnien lisäksi, kuten atseotrooppisten seosten tislausprosesseissa. Atseotrooppisissa seoksissa seoksen nesteen ja höyryn koostumus on sama. Tässä kirjallisuuskatsauksessa verrattiin olemassa olevia tislausprosesseja tislausprosesseihin, joissa erotettiin samat seokset lämpöpumppuavusteisella tislauksella. Pääpainona vertailussa olivat hiilidioksidipäästöt. Tavoitteena kirjallisuuskatsauksessa oli selvittää, miten lämpöpumppuja voidaan hyödyntää tislausprosessin hiilidioksidipäästöjen vähentämisessä, ja miten niitä voidaan hyödyntää tislauksen sähköistämisessä. Tutkituissa tislausprosesseissa lämpöpumppujen käyttö johti prosessista riippuen 13–90 % säästöihin hiilidioksidipäästöissä. Esimerkiksi ekstraktiivisessa tislauksessa lämpöpumppujen käyttö isopropanolin, tetrahydrofuraanin ja veden erottamiseen johti 48,22 % päästövähennykseen, ja paineenvaihtelutislauksessa (eng. pressure-swing distillation) lämpöpumppujen käyttö metanolin ja dietyyliamiinin erottamisessa johti 90 % hiilidioksidipäästöjen vähenemiseen. Yksikään lämpöpumpputyyppi ei kuitenkaan ole ylivertainen muihin verrattuna, sillä jokainen seos vaatii erilaisen tislausmenetelmän ja lämpöpumpun, jotta hiilidioksidipäästöt saadaan minimoitua. On kuitenkin todistettu, että lämpöpumppujen käytöllä tislausprosesseissa on positiivisia vaikutuksia energian säästöön sekä hiilidioksidipäästöjen vähenemiseen. Tällä hetkellä käytetyimmät lämpöpumput ovat mekaanisia lämpöpumppuja.fi
dc.format.extent32
dc.format.mimetypeapplication/pdfen
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/129557
dc.identifier.urnURN:NBN:fi:aalto-202407305139
dc.language.isoenen
dc.programmeKemiantekniikan kandidaattiohjelmafi
dc.programme.majorKemian tekniikka ja prosessitfi
dc.programme.mcodeCHEM3050fi
dc.subject.keyworddistillationen
dc.subject.keywordheat pumpen
dc.subject.keywordmechanical heat pumpen
dc.subject.keywordabsorption heat pumpen
dc.subject.keywordcarbon dioxideen
dc.titleRecent advances in heat pump assisted distillationen
dc.typeG1 Kandidaatintyöfi
dc.type.dcmitypetexten
dc.type.ontasotBachelor's thesisen
dc.type.ontasotKandidaatintyöfi
Files
Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
Nieminen_Daniel_2024.pdf
Size:
1.38 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Download
Collections
[kand] Kemian tekniikan korkeakoulu / CHEM