Process Chemistries, Design Alternatives and Control for Recovery of Dilute Acetic Acid through Esterification in Reactive Distillation

本研究的目的主要是探討稀釋（Dilute）醋酸水溶液的回收再利用問題，而我們所研究的稀釋醋酸濃度範圍大約是介於30~100 wt%之間。主要的研究方式是經由在反應性蒸餾塔中的酯化反應將回收後的廢酸轉變為具有利用價值的酯類產品，藉以取代單純利用蒸餾技術將廢酸中的醋酸與水予以分離。基本上，此一類型的研究主要會牽涉到以下三個問題：（1）針對酯化反應而言，我們需考量選擇何種醇類反應物來回收廢酸較具經濟效益（選用的醇類物質範圍為甲醇~戊醇）：一溶劑選擇的問題；（2）採用單一的反應性蒸餾塔處理濃度較為稀釋的廢酸，是否可以維持採用反應性蒸餾技術所帶來的經濟效益（判斷標準主要是根據年總成本）？在此，我們可藉由與另一處理廢酸回收問題製程（例如：利用共沸蒸餾系統處理廢酸取得高純度的醋酸，然後利用反應性蒸餾系統取得高純度的酯類產品）的比較得知其結果；（3）經由最適化設計地反應性蒸餾系統對於廢酸進料流率及進料濃度的改變是否具有可操作性？
針對溶劑選擇的問題，我們研究的主題主要是對反應性蒸餾塔結構進行定性上的分析(均相及異相反應性蒸餾系統比較)，以及藉由定量的年總成本（TAC）分析結果，依照廢酸中所含水組成比例的不同，決定廢酸的入料位置。結果證明當廢酸中所含醋酸的比例愈來愈稀釋時，廢酸的入料位置扮演了決定性的角色，本篇主要由第一年之結果，甲醇和戊醇則是對於廢酸回收製程較具經濟效益的反應溶劑。接下來我們針對反應性蒸餾製程提出一系統化的設計方法，經由年總成本的比較結果得知採用單一反應性蒸餾塔處理廢酸回收的製程，遠較利用共沸蒸餾系統對廢酸做提純（Purification），然後利用反應性蒸餾系統取得高純度酯類產品的製程具有經濟效益。
最後，我們將經由系統化的設計步驟所設計出之最適化的反應性蒸餾系統套用一控制架構進行動態模擬。模擬結果證明在合理地濃度範圍及流量擾動之下，我們能夠獲得較佳的控制結果。