共沸進料之反應蒸餾程序設計：乙酸乙酯及乙酸異丙酯

Abstract

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。