分離異丙醇及乙酸異丙酯的萃取蒸餾程序之節能製程設計與控制

Abstract

萃取蒸餾(extractive distillation system)為一用來分離近沸物或共沸物常見的方法，大部分文獻都是探討含最低共沸溫度之混合物的分離。萃取蒸餾法的分離方式，為添加重萃取劑 (entrainer) 進入近沸或共沸物質系統以提升相對揮發度 (relative volatility)，進而使混合物得以分離之方法。 本研究探討之系統為異丙醇與乙酸異丙酯分離，萃取蒸餾系統的設計流程包含兩座蒸餾塔，分別為萃取蒸餾塔與萃取劑回收塔。將欲分離之混合物物注入萃取蒸餾塔，隨著萃取劑的添加，異丙醇對乙酸異丙酯之相對揮發度將會提升，因此異丙醇可以由萃取蒸餾塔之塔頂提出，萃取劑與乙酸異丙酯則由塔底流出；塔底出流進入第二支塔 (萃取劑回收塔)，萃取劑可以藉由萃取劑回收塔純化，成為塔底出流並回流至萃取蒸餾塔重複使用，乙酸異丙酯則可由萃取劑回收塔之塔頂提出。 本文探討四種分離異丙醇/乙酸異丙酯之節能設計流程，包括傳統雙塔萃取蒸餾、熱整合之萃取蒸餾系統、側流萃取蒸餾系統以及隔牆塔萃取蒸餾系統。在產物純度都相同的前提下比較年度總成本(TAC)，選擇最低者進行動態模擬與控制，以確認在進料組成干擾或是流率干擾的情形下，本文提出之控制策略仍能維持高純度之產品規格。