非理想板( η =0.9~0.5)情況之最適化

由 於 傳 統 蒸 餾 塔 板 數 調 整 策 略 對 使 用 某 些 觸 媒 的 情 況 並 不 適 用 ， 因 此 針 對 反 應 蒸 餾 塔 中 板 效 率 下 降 與 塔 板 數 增 加 的 策 略 必 須 重 新 思 考 。 因 此 ， 先 將 低 板 效 率 下 不 同 觸 媒 的 情 況 進 行 最 適 化 ， 以 觀 察 板 效 率 對 反 應 塔 板 數 之 影 響 。 針 對 板 效 率 之 測 試 方 式 是 以 各 觸 媒 理 想 板 情 況 為 基 礎 ， 以 0 . 1 為 間 隔 向 下 做 調 整 ， 並 分 別 對 各 板 效 率 系 統 做 最 適 化 ， 即 可 觀 察 出 非 理 想 情 況 下 板 數 與 板 效 率 之 關 係，板 效 率 最 低 調 整 至 0 . 5 ， 非 理 想 情 況 下 最 適 化 步 驟 如 下 所 示 :

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1 . 汽 提 塔 為 一 傳 統 蒸 餾 塔 ， 故 板 數 ( N_s) 以 理 想 板 效 率 情 況 為 基 準 ， 與 板 效 率 成 反 比 增 加 ， 採 無 條 件 進 位 法 。

2 . 給 定 反 應 塔 反 應 段 板 數 ( Nr x n) 一 起 始 猜 值 。 3 . 給 定 反 應 塔 精 餾 段 板 數 ( Nr) 一 起 始 猜 值 。

4 . 調 整 有 機 相 回 流 量 及 再 沸 器 熱 耗 量 直 到 產 品 達 設 定 規 格 。

5 . 回 到 步 驟 ( 3 ) ， 調 整 精 餾 段 板 數 板 數 直 到 年 總 成 本 達 最 小 值 。

6 . 回 到 步 驟 ( 2 ) ， 調 整 反 應 段 板 數 直 到 年 總 成 本 達 最 小 值 。 為 了 方 便 觀 察 使 用 同 一 觸 媒 下 各 段 板 數 變 化 的 情 形 ， 因 此 將 反 應 段、精 餾 段、汽 提 段 各 板 效 率 下 板 數 對 板 效 率 做 圖 。 以 觸 媒 C T 1 7 9 系 統 為 例 ， 如 圖 3 - 3 所 示 :

1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5

1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

N /N

Efficiency

Nr/Nr₀ Nrxn/Nrxn₀ Ns/Ns₀

圖 3 - 3 . 使 用 C T 1 7 9 觸 媒 之 系 統 各 段 板 數 隨 板 效 率 之 變 化 比 例 當 板 效 率 減 半 時 精 餾 段 板 數 變 化 比 例 為 3 . 2 倍 ， 大 於 傳 統 蒸 餾 塔 板 2 倍 估 算 之 調 整 策 略 ， 而 反 應 段 板 數 變 化 比 例 卻 只 有 1 . 4 5 倍 ， 小 於 傳 統 蒸 餾 塔 板 估 算 之 調 整 策 略 。 表 3 - 3 為 使 用 不 同 觸 媒 在 各 種 板 效 率 下 之 反 應 塔 板 數 最 適 化 果 。 由 結 果 可 發 現 ， 使 用 不 同 觸 媒 的 情 況 下 ， 當 板 效 率 下 降 時 ， 其 精 餾 段 板 數 變 化 量 皆 非 常 大 ， 而 反 應 板 數 則 無 太 大 變 化 。

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兩 倍 。 由 不 同 觸 媒 在 不 同 板 效 率 下 之 最 適 板 數 結 果 與 L e e e t a l . ( 2 0 0 6 ) 使 用 硫 酸 觸 媒 在 不 同 板 效 率 下 板 數 變 化 結 果 比 較 ， 可 觀 察 出 在 低 板 效 率 下 所 有 最 適 化 系 統 板 數 變 化 皆 與 傳 統 蒸 餾 塔 板 數 調 整 策 略 不 同 。 以 傳 統 蒸 餾 塔 板 數 調 整 策 略 來 說 ， 當 板 數 變 化 與 板 效 率 變 化 成 反 比，也 就 是 說 當 板 效 率 只 有 0 . 5 時 ， 板 數 做 兩 倍 調 整 ， 然 而 由 模 擬 結 果 可 發 現 ， 若 精 餾 段 採 傳 統 策 略 做 調 整 則 會 有 板 數 過 少 之 情 況 ， 反 應 段 若 採 傳 統 策 略 則 會 有 板 數 過 多 的 狀 況 。 若 與 前 段 傳 統 調 整 策 略 結 果 進 行 比 較 可 發 現 ， 雖 然 觸 媒 A m b e r l y s t 3 5 中 利 用 傳 統 調 整 策 略 產 物 雖 可 達 設 定 規 格 ， 且 能 耗 也 稍 微 下 降 ， 但 反 應 段 板 數 比 最 適 板 數 多 1 5 個 板 ， 因 此 在 設 備 成 本 和 觸 媒 成 本 上 會 遠 高 於 最 適 化 系 統 。

表 3 - 4 . 板 效 率 = 0 . 5 時 使 用 不 同 觸 媒 系 統 之 最 適 化 結 果

System CT179 Amberlyst35 Amberlite120

Column Configuration RD Stripper RD Stripper RD Stripper

Total no. of trays including the reboiler 45 20 45 24 81 22

No. of trays in stripping section (Ns) 20 24 22

No. of trays in reactive section (Nrxn) 16 19 55

No. of trays in rectifying section (Nr) 29 26 26

Reactive trays 30~45 27~45 27~81

Reflux rate(kmol/hr) 423.87 322.86 344.44

Product flow rate (kmol/hr) 47.83 47.84 47.83

Mole fraction

Acetic acid 1×10^-4 1×10^-4 1×10^-4

Ethanol 9.50×10^-3 9.69×10^-3 9.60×10^-3

Ethyl acetate 0.99 0.99 0.99

Water 4.01×10^-4 2.15×10^-4 2.97×10^-4

Condenser duty(kw) -5102.27 -1630.77 -4151.50 -1594.67 -4354.74 -1608.91

Reboiler duty(kw) 5467.06 1941.68 4378.39 1903.12 4611.02 1917.95

Column diameter(m) 1.97 1.20 1.66 1.18 1.76 1.20

Total volumn of catalyst(m³) 3.63 2.86 7.20

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