分離具多共沸物的三成份系統之兩種程序的設計

Abstract

本論文中提出兩種分離具多共沸物之三成分混合物的方法，第一種為利用三成分系統中的液液分相區，使用一分相槽去跨過蒸餾邊界，再透過變壓蒸餾，擴大蒸餾區域進而減少系統內回流量，在此方法中不需引用額外的成分作為夾帶劑增加成分間相對揮發度，也無需使用高壓蒸汽作為再沸器熱源。第二種為利用環氧乙烷與水的反應，用一反應蒸餾塔除去新鮮進料中非主要產物的水，再透過相對揮發度提升圖及成分間的T-xy圖，選乙二醇作為重夾帶劑，使用萃取蒸餾分離剩餘的主要產物，可進一步進行程序整合，將原先的反應蒸餾與萃取蒸餾在同一個單元中進行，藉此省去相關的設備成本與操作成本。 第一種方法選水/異丙醚/異丙醇為例，在此論文中使用一分相槽與三根蒸餾塔，相較於傳統的萃取蒸餾程序，系統內回流量從8596.9 kg/hr減至4667.2 kg/hr，減少了每根蒸餾塔的操作量，此外透過加裝熱交換器及執行熱整合等節能策略，最後所提出之程序可節省33.0%的操作成本及23.0%的年度總成本。此程序也選做進一步的動態模擬討論，透過開環與閉環敏感度分析，固定C1塔回流比，在C1塔及C2塔使用單點溫度控制，在C3塔使用雙點溫度控制，因而提出兩種控制架構，結果顯示兩種控制架構皆可有效地處理四種成分擾動及10%的新鮮進料流量擾動。 第二種方法選水/乙醇/叔丁醇、水/乙醇/四氫呋喃及水/異丙醇/乙腈系統為例，在此論文中先提出三塔複合式反應萃取蒸餾，因為在反應蒸餾塔中，水已經由環氧乙烷反應除去，因此所需填加的重夾帶劑量變少，進而在溶劑回收塔中所需再沸器熱負荷也會降低，此程序可進行程序強化，將反應蒸餾與萃取蒸餾塔合併，再透過加裝熱交換器等節能策略，最終提出之程序的節能效果皆顯著。