黃孝平臺灣大學：化學工程學研究所賴一寬Lai, I-KuanI-KuanLai2007-11-262018-06-282007-11-262018-06-282005http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/52081為了模擬真實的狀況，本篇論文針對兩種反應性蒸餾系統以共沸物進料提出概念性的設計。兩種反應性蒸餾系統分別生產乙酸乙酯(EtAc)以及乙酸異丙酯(IPAc)。這兩種酯類係以乙酸(HAc)以及醇類(乙醇和異丙醇)作為進料分別利用非均相觸媒Purolite CT179 及 Amberlyst 15，進行酯化反應生產。而設計基礎係以不純乙酸(95mol% HAc)以及醇類(87mol%乙醇和64.91mol%異丙醇)作為進料標準。 兩種反應性蒸餾系統分別利用兩個NRTL model描述分別存在於兩種系統中的四個共沸點溫度以及組成。在熱力學模式計算中也有考慮到由於乙酸(HAc)的汽相結合效應所產生的雙聚體以及三聚體。藉由兩種系統的蒸餘曲線圖(RCM)，可以發現到，在反應蒸餾塔(RD)頂部的組成係相當接近醇-酯-水三成份共沸物。為了移除副產物-水，於反應蒸餾塔頂部的分相槽係被使用。由於在分相槽有機相中酯的濃度未達工業級規格，所以需要一個附加的汽提塔用來使酯的濃度達到99mol%。透過一系統化的設計程序，基於年總成操作本TAC(total annual cost)使設計達到最適化。而最適化結果與以純進料系統之年總操作成本比較，發現TAC並不顯著地增加。 此外，針對反應性蒸餾動態控制架構議題提出兩種控制架構(CS1以及CS2)，係利用溫度控制以及濃度控制。溫度控制方面，係以NRG找出溫度控制點以及利用RGA方法計算控制器配對。Autotune variation test係用來找出Ku (ultimate gain) 以及 Pu (ultimate period)，透過Tyreus-Luyben調諧決定出控制器參數。由於在溫度控制當中，造成產品之組成偏差，所以利用濃度控制器來保持產品濃度達到所要的規格。結果顯示，這些控制結構對於擾動具有良好的排除效果。目錄 致謝 I 摘要 III Abstract V 目錄 VII 圖索引 IX 表索引 XI 1. 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 文獻回顧 4 1.3 研究動機與目的 6 1.4 組織章節 7 2. 熱力學及動力學模式 9 2.1 前言 9 2.2 熱力學模式 10 2.2.1 活性係數模式 12 2.2.2 乙酸氣相聚合效應 14 2.2.3 蒸餘曲線圖(Residue Curve Maps) 16 2.2.5 兩相區分佈探討 20 2.2.6 座標轉換系統 23 2.3 動力學模式 26 3. 穩態設計 29 3.1 前言 29 3.2 乙酸乙酯以及乙酸異丙酯程序之描述 29 3.3 乙酸乙酯與乙酸異丙酯程序之最適化步驟 31 3.4 乙酸乙酯與乙酸異丙酯系統程序之最適化結果 33 3.4.1 改變精餾段以及汽提段的影響 33 3.4.2 改變反應段的影響 35 3.4.3 改變進料板的影響 36 3.4.4 改變進料比的影響 38 3.4.5 共沸物進料與纯進料反應蒸餾塔之最適化設計結果與比較 39 3.4.6 總結 44 3.5 乙酸乙酯與乙酸異丙酯程序溫度 分佈與濃度分佈之探討 45 3.5.1 溫度分佈探討 45 3.5.2 組成分佈探討 48 4 動態模擬與控制 55 4.1 前言 55 4.2 控制環路設計 55 4.4 控制點之決定 57 4.5 CS1雙點溫度控制 58 4.5.1 開環路靈敏度分析 58 4.5.2 非方形相對增益 61 4.5.3 RGA配對分析 63 4.5.4 控制器參數調諧方法 66 4.5.5 CS1雙點溫度控制動態模擬結果 70 4.5.5.1 進料流量擾動測試 70 4.5.5.2 乙酸進料組成擾動測試 72 4.5.5.3 醇類進料組成擾動測試 75 4.6 CS2 溫度與組成控制架構 77 4.6.1 控制架構 77 4.6.2 CS2控制動態模擬結果 78 4.6.2.1 進料流量擾動測試 81 4.6.2.2 乙酸進料組成擾動測試 84 4.6.2.3 醇類進料組成擾動測試 86 5 結論 89 附錄 91 A. TAC計算公式 91 參考文獻 95 作者簡介 991200860 bytesapplication/pdfen-US反應蒸餾共沸年總操作成本reactive distillationazeotropeTACthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/52081/1/ntu-94-R92524056-1.pdf