離子液體回收塔之塔壓探討

根據 4.4.2.3 節之設計，離子液體回收塔再沸器熱負載為整廠製程中能耗最高 處，達 3224 kW，且其塔底溫度高達 238.1 ^oC，此溫度範圍僅能使用 600 psig 之高 壓蒸氣加熱之。造成高能耗與塔底高溫之原因如以下所示

1. 離子液體具有幾乎無相對揮發度而產生的高沸點特性，因此欲以氣液平衡之蒸 餾方式分離出高純度之離子液體，勢必會於塔底得到高溫之離子液體，以 4.4.2.3 節之設計來看，離子液體分離出之純度為 0.96 但溫度已高達 238.1 ^oC。

2. 離子液體具有高定壓熱容之特性，因此對於單位溫度變化之吸放熱會相當明顯，

在塔底產生高溫之狀況下，進入離子液體回收塔之進料離子液體須被加熱至高溫，

而造成再沸器熱負載相當巨大。

離子液體回收塔之高能耗以及使用價格較高之 600 psig 高壓蒸氣，可以想見此 塔為系統中總年成本最高處。造成此成本很高之原因中，高定壓熱容為離子液體 [EMIM][EtSO4]之特性無法改變，但其塔底所產生之高溫可經由降低塔壓之設計來 降低此溫度，降低塔底溫度不僅可以使用飽和溫度較低又較便宜之蒸氣，亦可降

低因為高溫度差而造成之高能耗。

圖 4- 19 為在各種設計架構，操作條件皆不變之情況下，僅改變離子液體回收 塔之塔壓，觀察離子液體回收塔之操作成本之變化，可以看到隨著設計壓力逐漸 降低，再沸器之溫度會逐漸降低，因此所使用之蒸氣由昂貴的 600 psig 蒸氣逐漸下 降至使用 50 psig 蒸氣亦可。另一方面，亦因為設計壓力降低，便宜之冷卻水慢慢 無法使用，進而需使用溫度較低價格亦較高之冷媒。綜合以上兩點可知壓力為一 重要之設計變數。

圖 4- 20 為離子液體回收塔設備成本與設計壓力關係，圖中再沸器與冷凝器因 為使用之蒸氣與冷媒之不同，造成熱交換面積改變而使其價格會有高低之變化。

當設計壓力逐漸降低，氣相流體積流率會增高使得離子液體回收塔之直徑逐步升 高，使塔殼(Vessel)之價格逐步升高，但因為離子液體回收塔僅需兩板之分離，故 塔板數少使得壓力降低對於塔殼價格影響不大。

圖 4- 21 為各單元年成本與離子液體回收塔設計壓力關係，可看出單元中成本 最高處為離子液體回收塔，佔整體製程年成本之 53.7%。

圖 4- 22 為整廠製程年成本與離子液體回收塔設計壓力關係，由結果可知使 用減壓設計能夠大幅度降低年成本，其中最低年成本之設計壓力為 0.04 atm。

圖 4- 23 為離子液體回收塔(ILC)低壓之設計結果，其中再沸器熱負載大幅度 降低且僅需使用 50psig 之低壓蒸氣，但塔頂溫度較低需使用溫度為 10^oF 之冷媒冷 卻。離子液體回收塔以減壓設計較常壓設計總年成本降低許多。

圖 4- 19 離子液體回收塔之操作成本與其設計壓力關係 operating cost of ILC at different P_ILC

operating cost

Chilled Water 40^oF R-10^oF Capital cost of ILC at different P_ILC

Capital cost

圖 4- 21 各單元之年成本與離子液體回收塔設計壓力關係 TAC of each units at different P_ILC ILC TAC of total process at different P_ILC

TAC operating cost capital cost/3

P_ILC=0.04

圖4- 23離子液體回收塔低壓之設計