Дисертації з теми "Distillation Approach"

La technologie la plus utilisée pour séparer les principaux composants de l'air est aujourd'hui ladistillation en colonne à garnissage structuré. Ce procédé se caractérise par un écoulement gazliquide contre-courant au sein d'une structure constituée de plaques corruguées placées parallèlement et agencées en packs. La description d'un tel procédé est rendue difficile par les très grandes dimensions du système et par la complexité des phénomènes à la petite échelle. La méthode de la prise de moyenne volumique, utilisée pour les problèmes de changement d'échelleen milieu poreux, est utilisée pour décrire le système à une échelle qui permet une résolution. Le travail est organisé en trois étapes. Dans un premier temps, pour les débits modérés, une méthode est proposée pour évaluer la perte de charge au sein de la structure en prenant en compte des rugosités de structure ou créées par des instabilités du film liquide. A ce stade, l'effet de la surface rugueuse est caractérisé par une condition limite effective. Le problème aux limites effectif pour la phase gaz est ensuite moyenné en volume pour obtenir un système d'équations à grande échelle. Le bilan de quantité de mouvement à grande échelle est une loi de Darcy généralisée aux écoulements inertiels, dans laquelle les paramètres effectifs contiennent les effets des instabilités de surfaces de la petite échelle. La seconde étape est dédiée à l'interaction entre les deux phases à plus hauts débits. On montre que des modèles qui incluent explicitement des termes croisés à grande échelle permettent de décrire l'écoulement au sein du garnissage à grands nombres de Reynolds. Plus généralement, ces modèles, peu utilisés dans la littérature sur les milieux poreux, s'avèrent adaptés pour les écoulements dans les milieux très perméables, pour lesquels des variations importantes de la perte de charge et des saturations sont observées. Enfin, on s'intéresse à la description de la distribution de la phase liquide au sein de la structurede garnissage. Une approche multiphasique, où la phase liquide est séparée en plusieurs pseudophases, est adaptée pour modéliser l'anisotropie de l'écoulement. Deux méthodes impliquant une approche à deux pseudo-phases et une approche à quatre pseudo-phases pour la phase liquide sont comparées. Cette dernière méthode est notamment utile pour décrire des régimes d'écoulement très différents, et permet de capturer à grande échelle les chemins préférentielssuivis par le film liquide au sein du garnissage
Distillation in columns equipped with structured packings is today the most used technology for separating air in its primary components. This process is characterized by a counter-current gasliquid flow in a structure made of parallel corrugated sheets arranged in packs. The description of such system is constrained by the large dimensions of the columns and by the complexity of the local-scale phenomena. This leads to consider a strategy of upscaling, based on the volume averaging method, to describe the system at a scale at which a resolution is possible. The work is organized in three steps. As a first step, considering moderate flow rates, a methodology ofupscaling is developed to predict the pressure drop in the flow of the gas phase taking into account small scale roughnesses due to the structure itself or perturbations of the liquid film. At this stage, the effect of this rough surface is characterized by an effective boundary condition. The boundary value problem for the flow of the gas phase is volume averaged in order to derive a system of equations at large scale. The resulting momentum balance is a generalized Darcy's law for inertial flows, involving effective parameters accounting for the roughness at the microscale. The second step of this work focuses on the interaction between the two phases at higher flow rates. It is shown that models involving non-standard macroscopic cross-terms are more prone to describe the flow in packings at high Reynolds numbers than the models usually used in porousmedia sciences. More generally, these models are shown to characterize accurately processes in highly permeable media, where drastic changes of pressure drop and retention are observed. We finally study the distribution of the liquid phase in the structured packing. It is shown that a specific approach involving a multiphase model with liquid decomposition is required to capture the anisotropy generated in the flow of the liquid phase. Two methods involving two pseudo-phases and four pseudo-phases for the liquid phase are compared. This last method captures a number of very different distribution regimes in the column and offers additional flexibility to describepreferential paths of the liquid

Includes bibliographical references (leaves 109-111).
A novel concept of reactive distillation is examined in this dissertation. The design and construction of a rig to test the novel set-up were executed. The design of the rig was based on residence times selected for the rig's three main sections; the pre-reactor, the column and the reboiler. The rig was designed as a continuous process, provided feed could be supplied constantly even in the case of small scale users. The reactor was designed to perform around a flowrate of 5l/hr. The main aim of the design was to produce biodiesel by using a stoichiometric feed ratio.

This study addresses the fatigue life of the head–to–skirt welds of tall distillation columns. Fatigue tests were done on two types of weld geometries which approximate the head–toskirt configurations. From the fatigue tests it was determined that the fatigue life of the experimental samples can be substantially improved by applying weld build–up between the head and the skirt. The expected fatigue life of the test samples was determined by way of calculation employing the so called Nominal–Stress–Approach, the Effective–Notch–Stress–Approach and the Stress–Life–Approach. For both the Nominal–Stress–Approach and the Effective–Notch–Stress–Approach the predicted fatigue life was found to be overly conservative compared to the experimental results. The Stress–Life–Approach predicted the fatigue life to within a factor of 1.3 for both the geometries under investigation when displacements due to welding are taken into account. If displacements due to welding is omitted this factor is increased, for the geometry without weld build–up, to 2. For the geometry with weld build–up the factor remains 1.3.
Thesis (M.Ing. (Mechanical Engineering))--North-West University, Potchefstroom Campus, 2011.

La tesis doctoral se compone de dos partes fundamentales: El desarrollo teórico de un modelo de simulación para la destilación discontinua y la validación de este mediante experimentos hechos en una planta piloto de destilación discontinua.
La parte teórica se divide en la parte de desarrollo del modelo y en la parte de la implementación del modelo en un programa de simulación. El nuevo modelo desarrollado es un modelo de transferencia de materia que se distingue de los desarrollos anteriores por su capacidad de contemplar la cinética de la transferencia de materia tal como la hidrodinámica. La incorporación de efectos hidrodinámicos se basa principalmente en la observación de diferentes geometrías de contacto en una columna de platos perforados. Estas geometrías de contacto son canales de vapor y burbujas. En caso de las burbujas se distingue entre grandes y pequeñas con diferentes propiedades hidrodinámicas. De esta forma el modelo contempla tres diferentes clases de vapor, dos clases de vapor de desequilibrio y una de equilibrio (burbujas pequeñas). Para las clases de vapor de desequilibrio se calcula explícitamente los caudales de materia que traviesen la interfase basándose en la teoría de Maxwell-Stefan de transferencia de materia multicomponente.
La parte experimental se divide en la parte de diseño de la columna usada en una planta piloto y en la de la realización de los experimentos. El diseño de la columna tiene como objetivo la obtención de un medio de validación del nuevo modelo desarrollado. Por tanto está equipado con un gran número de sensores de temperatura, de presión y de tomas de muestra. También la realización de los experimentos se adapta al fin de la validación del modelo, ya que la frecuencia de toma de muestra y de capturación de señales de temperatura es elevada.
La memoria de la tesis contiene una comparación amplia de los resultados experimentales con los de la simulación. Estas comparaciones demuestran una determinada superioridad del modelo desarrollado sobre desarrollos anteriores.

The National Curriculum of Education was implemented with the broad view of including all learners as laid out in the document Toward Education for All. The curriculum emphasised that the topic distillation should be studied. According to the Examiners Reports, the topic distillation is one of the topics where learners face difficulties in the Namibian Senior Secondary Certificate Ordinary (NSSCO) examination Grade 12. This led me to do research on understanding how Physical Science teachers mediate the topic distillation in Namibia specifically in the Kavango region. The study was carried out at two rural schools with two teachers teaching Grade 11. The community member who I asked to demonstrate the making of Kashipembe was also a participant during this study. Kashipembe is a local cultural brew alcohol beverage commonly made in the Kavango East and West Regions of Namibia, which was used as a learning context in this research study. The study used a qualitative case study underpinned by an interpretive paradigm. Data was generated through the use of document analysis, semi-structured interviews, stimulated recall interviews, lesson observations, brainstorming and practical demonstration of making Kashipembe. These different methods of data gathering were used with the aim of triangulating and validating the data. Therefore, my theoretical framework adopted Vygotsky’s (1986) mediation of learning, social constructivism and pedagogical content knowledge according to Shulman’s (1986) theory. The emergent themes were identified inductively and they were colour coded. These themes were later developed into analytic statements which were used in the study. The findings indicate that the use of community knowledge and experience during the teaching of scientific concepts like distillation is important. These findings can also be used by the practising teachers to make their teaching more effective in the curriculums where distillation is included. Therefore, the Namibian curriculum developers need to include this community knowledge in the curriculum to make it easier for the learners to make sense of the topic distillation.

The Kreuterbuch published by Adam Lonicer (1528--1586) in 1569 experienced immense popularity in the 16th century. The book is a lavishly illustrated herbal, in which distillation is a central theme. It has formed the basis for a full-scale reconstruction of distillation processes from the 16th century. With the aid of specialized craftsmen and -women from the University's workshop a furnace, equipment and glassware needed to reproduce the distillation techniques of the Renaissance were reconstructed. The ultimate goal of the reconstruction was both to investigate the equipment and techniques' efficiency with some modern methods, and to explore the synergetic effect of working with texts in parallel with the actual reconstruction. The methodology of reconstructing historical equipment and experiments in alchemy and chemistry has showed promise in several studies in history of science (Holmes and Levere, 2002), but as Martinón-Torres (2011) has pointed out, there is "a slant in practice-oriented studies towards the metallurgical aspects of alchemy that leaves much room for research on the practical aspects of iatrochemistry". The analyses of the reconstructed equipment shows that some of the hypotheses concerning the evolution of distillation technology should be revised.The thesis has been a part of the interdisciplinary Mubil (Museum and Library -- a digital laboratory) project.

L'objet de cette étude est de comparer le comportement dynamique d'une colonne à plateaux avec une colonne à garnissage en fonction discontinue. Un modèle mathématique a été développé pour une colonne de distillation à garnissage. Ce modèle a été appliqué pour un système de séparation d'un mélange de BTX (Benzène, Toluène, Xylènes). Les calculs ont été refaits pour le même système avec une colonne de distillation à plateaux. En fin de compte les résultats de la simulation dynamique des deux types de colonnes ont été obtenus par SPEEDUP, logiciel qui résout des systèmes d'équation algébro-différentielles. Les aspects numériques des approches séquentielle et équationnelle pour la simulation dynamique du procédé ont également été étudiés et comparés.

La distillation réactive constitue une voie de production prometteuse pour améliorer les procédés conventionnels. Cependant les méthodes, outils et applications proposés dans la littérature se limitent aux systèmes réactifs en phase liquide. L'objectif majeur des travaux est ainsi de généraliser l'approche de conception séquentielle et hiérarchisée proposée par R. Théry (2002). Au niveau des outils, un modèle mathématique général de condensation et d'évaporation ouvertes de systèmes réactifs à l'équilibre, applicable quelque soit la phase dans laquelle a lieu la réaction est développé. Au niveau de l'approche, les méthodes pour l'analyse de faisabilité, la synthèse et la conception sont étendues et adaptées au cas d'une réaction chimique en phase vapeur. Les outils développés et la méthodologie proposée sont appliqués à la conception d'un procédé de distillation réactive en phase vapeur pour la production d'hydrogène à partir de solutions de H2O-HI-I2 du cycle thermochimique I-S.
Reactive distillation is a promising way to improve classical processes. This interest has been comforted by numerous successful applications involving reactive systems in liquid phase but never in vapour phase. In this context, general design tools have been developed for the analysis of reactive distillation processes whatever the reactive phase. A general model for open condensation and evaporation of vapour or liquid reactive systems in chemical equilibrium has been written and applied to extend the feasibility analysis, synthesis and design methods of the sequential design methodology of R. Thery (2002). The extended design methodology is applied to the industrial production of hydrogen through the iodine-Sulphur thermochemical cycle by vapour phase reactive distillation. A column configuration is proposed with better performance formerly published configuration

On propose dans ce memoire une methode fondee sur une analyse statistique des populations des couts des sequences de separation pour la conception optimale de cascades de colonnes de rectification avec recuperation d'energie. Apres avoir analyse l'essentiel des travaux traitant ce probleme, on presente un algorithme permettant de coder, d'enumerer et d'evaluer toutes les sequences de separation associees a un melange donne de constituants. L'etude exhaustive des populations des couts des sequences a permis de constater leur normalite, pour des melanges comportant plus de sept constituants. Un echantillonnage effectue sur la population des couts a ensuite conduit a la determination d'une solution quasi-optimale avec un tres faible taux d'exploration de l'ensemble des solutions; l'arret de la procedure d'echantillonnage est conditionne par une certaine valeur de la probabilite d'amelioration de la solution obtenue determinee au prealable. Apres avoir optimise les pressions operatoires des colonnes grace a une correlation semi-empirique qui a ete validee par une procedure rigoureuse d'optimisation, on a effectue la recuperation d'energie au sein de la cascade par croisement des flux thermiques issus des bouilleurs et des condenseurs, afin de reduire encore le cout des sequences obtenues par echantillonnage. Enfin une etude comparative a ete menee dans le but d'apprecier l'importance de l'optimisation des pressions et de la recuperation d'energie sur le cout total des sequences de separation

Dans cette etude, nous adoptons une approche geometrique pour la detection et l'isolation de pannes (dip) de certaines classes de systemes non-lineaires. Un logiciel de test d'observabilite d'une classe de systemes a egalement ete developpe. La detection et l'isolation de pannes est une tache importante et difficile. Pour resoudre le probleme de la detection et l'isolation de pannes (pdip), nous avons propose une methodologie permettant de construire une serie de generateurs residuels basee sur la theorie des observateurs non-lineaires. Chaque generateur est consacre a la detection d'un defaut specifique du systeme. Il s'agit de construire pour chaque panne un residu qui ne soit sensible qu'a cette panne. Des resultats de simulation sont presentes et ils correspondent a une colonne a distiller, a un echangeur thermique et a un reacteur chimique. Le logiciel developpe permet de tester si un systeme non-lineaire affine en la commande, est observable pour toute entree. Il met en oeuvre le calcul formel et il est ecrit en maple

Le problème de pénurie en eau potable se pose encore de nos jours dans de nombreux pays. Du fait de l’importance de la ressource en eau présente dans les océans, la solution du dessalement de l’eau de mer est en constant progrès. Ce dessalement se fait actuellement majoritairement par osmose inverse. Cependant, ce procédé membranaire est limité en facteur de concentration en raison de la pression osmotique de l’eau de mer qui augmente avec la concentration en sels. Il en résulte des volumes importants de rejets salins dans l’eau de mer ce qui perturbe l’équilibre du milieu naturel. Une approche originale a été proposée dans le cadre du projet européen MEDINA afin de réduire ces rejets. Il s’agit de l’utilisation du procédé de distillation membranaire sous vide (DMV) au sein d’une filière intégrée d’OI. En effet, la DMV permet d’opérer à de fortes concentrations en sels et elle peut également être couplée avec l’énergie solaire dans un objectif d’économie d’énergie. La démarche adoptée dans cette étude consiste à étudier l’utilisation de la DMV pour des eaux très concentrées en sels, à la fois des eaux synthétiques mais aussi des eaux réelles (eaux de mer et rétentats d’osmose inverse). Une double approche à la fois expérimentale (à l’aide d’un pilote à échelle laboratoire) et théorique (par un outil de modélisation) a été utilisée. Les résultats ont montré l’intérêt de la DMV pour la surconcentration des rétentats d’OI. En effet, la DMV peut travailler à des fortes concentrations en sels jusqu’à 300 g. L-1 tout en maintenant des flux de perméat encore importants (7 L. H-1. M-2) et un perméat avec une très faible salinité (taux de rejet en sels de 99,96 %). Les volumes de rejets peuvent ainsi être réduits par 5 et le taux de conversion augmente jusqu’à presque 90 %. Les phénomènes de colmatage (cristallin, organique et biologique) sont également limités. Des dépôts de cristaux de sels ont pu être observés et analysés. Des mécanismes de cristallisation ont été proposés mettant en évidence le rôle majeur du calcium. Le couplage de la DMV avec des technologies solaires thermiques permet une réduction importante de la demande énergétique. Les utilisations d’étangs solaires à gradient de salinité et de collecteurs solaires thermiques ont été comparées et ont montré les potentialités intéressantes des collecteurs solaires thermiques en termes de température atteinte et donc de flux de perméat
The lack of potable water is still a problem in many countries. Considering the nearly endless water resource in the oceans, seawater desalination is an increasing attractive solution. Reverse Osmosis (RO) desalination is the main technology used nowadays. However, RO is limited in recovery factor due to the osmotic pressure which increases with salinity. It results high brine volume rejected directly in seawater which induces environmental perturbations. An innovative approach was proposed in the frame of the European project MEDINA in order to reduce these brines: the use of vacuum membrane distillation (VMD) in an integrated RO desalination process. Indeed, VMD allows operating at high salt concentration and can be coupled with solar thermal energy in order to reduce energy requirement. The present work consisted in studying use of VMD for highly salty concentrated waters, both for synthetic and real waters (seawater and RO retentate). An experimental approach was used with a lab-scale pilot plant completed by a theorical approach with a modelling tool. Results show the interest of VMD for the overconcentration of RO retentates. Indeed, VMD can be operated at high salt concentration up to 300 g. L-1 maintaining still high permeate fluxes (7 L. H-1. M-2) and nearly pure permeate (salt rejection of 99. 96 %). Brine volumes can so be reduced by 5 and recovery factor increased up to nearly 90 %. Fouling (organic, scaling or bio-fouling) is limited. Salt crystal deposit has been observed and analysed. Precipitation mechanisms have been proposed, mainly with the crucial part of the calcium. VMD coupling with solar thermal technologies allow an important reduction of the energy requirement. Use of salinity gradient solar ponds and solar thermal collectors have been compared and have shown the potentialities of using solar thermal collector in order to obtain high temperatures and so high permeate fluxes

Les travaux présentés s'inscrivent dans le cadre de la commande et de la supervision des procédés discontinus. Un système de commande/supervision, étudié dans le contexte particulier des systèmes de production à traitements par lots, est proposé. Notre démarche s'oriente vers une approche globale, hiérarchisée et modulaire, des aspects temps-réel de la conduite de ces procédés de fabrication, reposant sur une modélisation homogène de chaque composante du système. Les points originaux sont d'une part, une nouvelle architecture de commande et d'autre part, une modélisation séparée du procédé et de la commande, dont la nature hybride de chaque modèle obtenu est abordée selon le respect de l'identité des "mondes'' discret et continu. L'architecture proposée est organisée autour de deux réseaux locaux : un bus de terrain à caractère continu, dédié aux variables d'état continues échantillonnées, et un bus d'atelier à caractère discret, consacré aux échanges sporadiques entre les éléments du système de commande/supervision. L'interface entre le monde des variables continues et celui des événements est assurée par un générateur d'événements. Ayant mis en évidence la nécessité d'une représentation des aspects discrets et continus au niveau de la supervision, le modèle du système, constitué du modèle du procédé et du modèle de sa commande, résulte de la combinaison de deux formalismes. Les réseaux de Petri sont utilisés pour aborder l'aspect discret (événementiel) et les équations algébro-différentielles pour représenter l'aspect continu. Ce modèle est structuré selon trois vues : une vue discrète traduisant la stratégie de commande, une vue discrète correspondant à une représentation qualitative de l'état du procédé (ses configurations) et une vue continue associée à chaque configuration. L'évolution cohérente de cette structure, basée sur les événements, est garantie par une coopération des modèles dont le s interactions sont clairement définies. Deux exemples d'application sont présentés afin d'illustrer l'approche exposée. Ils insistent sur l'importance de la notion de configuration dynamique et illustrent la modélisation hybride du procédé, les interactions entre les modèles, ainsi que l'association directe d'une vue continue à des états du modèle discret de la commande.

Dans l'industrie du raffinage, les procédés de craquage catalytique permettent la production de carburants à partir de coupes pétrolières lourdes, telles que les distillats sous vides (DSV). Pour optimiser ces procédés, un hydrotraitement préalable est nécessaire. Ces dernières années, les travaux conséquents de R&D ont considérablement amélioré l'activité des catalyseurs d'hydrotraitement. Par conséquent, le transfert de matière interne peut devenir limitant, il doit donc être quantifié.Une méthodologie utilisant la chromatographie inverse liquide a été développée afin de caractériser le transfert de matière dans des supports aluminiques de catalyseur. Le système a ensuite été déployé pour caractériser l'influence de l'adsorption, de la température et des précurseurs de la phase active. Dans des alumines mésoporeuses, le régime de diffusion est moléculaire pour des composés saturés allant des coupes essences au DSV. Ainsi, pour différentes alumines, des valeurs de tortuosité ont été estimées et corrélées aux propriétés texturales (porosité, surface spécifique et distribution en taille des pores). Ces relations montrent que les valeurs de tortuosité obtenues ne sont pas en accord avec un solide homogène vis-à-vis des propriétés de transfert de matière. Il y aurait donc une organisation dans la porosité des alumines.Un test catalytique en réacteur agité a aussi été développé pour étudier le transfert de matière en conditions réactives. L'impact de la taille des grains sur l'hydrodésulfuration d'une molécule synthétisée a été caractérisé et modélisé. Ces résultats ont été comparés aux expériences de chromatographie inverse avec un bon accord
The catalytic cracking has an important role in fuels production from heavy oil cuts like vacuum gas oil (VGO). To optimize these processes, a pre-hydrotreatment is required. The amount of work dealt by the research community in the last years has highly contributed to the enhancement of the catalyst’s activity. Therefore, the internal mass transfer can become the limiting step and it must be quantified.A methodology based on inverse liquid chromatography has been developed to characterize the mass transfer within alumina catalyst supports. The experimental setup was also used to study the influence of several parameters into mass transfer properties such as, adsorption, temperature, and active phase precursors. In mesoporous aluminas, the diffusion regime undertaken by saturated compounds, going from gasoline to VGO is the molecular regime. For different alumina supports, tortuosity values were estimated and correlated to the textural properties (porosity, specific surface area and pore size distribution). These results showed that the aluminas can not be considered as homogeneous supports given the estimated mass transfer properties. Thus, we assume that a hierarchical porous structure might be in cause. A catalytic test promoted in a stirred reactor was also developed to study the mass transfer properties under reactive conditions. The impact of the particle grains size into the hydrodesulphurization of a synthetized molecule was characterized and modeled. A good agreement was found between the data obtained using the inverse chromatography experiments and the catalytic tests

碩士
國立臺灣大學
化學工程學研究所
97
Distillation is by far the most applied separation technology, but its low energy efficiency is also recognized as a major drawback. In order to overcome this drawback, various novel ideas and approachES have been proposed in literature. The subject of this work is on the design of internal energy-integrated distillation system. Studies on internally heat-integrated distillation column(HIDiC) are proceeding for many years. HIDiC was proved to be effective in energy saving, but so far only few works addressed about its economic point of view and “asymmetric” structure. This work aims to develop a general model of mixed-integer nonlinear program (MINLP) for HIDiC design where exergy consumption and total annualized cost (TAC) are both taken into account. After the optimization, the results of asymmetric HIDiC are compared with those of conventional distillation column and symmetric HIDiC in the two aspects (exergy consumption and TAC). The follow-up analysis shows how the structure of asymmetric HIDiC to influence the energy efficiency and total cost.

碩士
國立臺灣大學
化學工程學研究所
95
Due to the uprising price of crude oil, the chemical industries with higher energy consumption are forced to face the energy issue. In chemical industries, the distillation processes account for 45% of total energy consumption. Before the renewable energy can replace the fossil energy completely, it is crucial to improve the energy efficiency of present processes. Nowadays there are many studies about distillation process improvement. This thesis will discuss the design of internal energy-integrated distillation processes. Studies about the internally heat-integrated distillation column (HIDiC) have been investigated for many years. Those studies focused on energy savings of HIDiC. This study will bring up a general and complete model involving energy consumption and total annual costs calculation by mathematical programming approach. It is expected to get balance between energy savings and economical benefits. This model will directly determine the design with minimal TAC and discuss the proper opportunities to use conventional distillation and HIDiC. It is finally discovered that the competitiveness of HIDiC on TAC will increase when the energy price rises suddenly and sharply or the investment cost of the gas compressor and the cost of electricity declines.

碩士
國立臺灣科技大學
化學工程系
102
The startup of a distillation column represents one of the most complicated dynamic operations in the chemical industry. The startup procedure is time and energy consuming and the process is unproductive during this transient period before the steady state. It is desirable to reduce the transient period and consequently the startup time. This work proposes the optimization of startup for the conventional distillation column. Based on the column startup example in Aspen Plus Dynamics, different startup strategies have been applied in this process. The optimal startup strategies can be divided into four parts. The first part is the feed control method, determining when to feed by the height of sump level. Second is the bottom flow control method to decrease the amount of the off-specification bottom product. The third one is reflux control method. The switch point is determined by the top product composition or MT algorithm which can be found the minimum summation of temperature difference with nominal state under total reflux condition. The last part is heating medium temperature control method. Combination of simulated annealing approach and dynamic simulation, the optimal heating steps can be found easily and also save the calculation of this time consuming task. The results showed 41 % improvement in the off-specification product and 17 % improvement in reboiler duty as compared to the column startup example in Aspen Plus Dynamics.

博士
東海大學
化學工程與材料工程學系
105
Separation of dimethyl carbonate (DMC) with methanol (MeOH) is fundamentally difficult as DMC forms an azeotrope with MeOH. In this context, a holistic, three-tiered approach was undertaken to develop alternative MeOH/DMC separation systems by extractive distillation. To that end, a preliminary entrainer screening was conducted in the first tier using predictive UNIFAC-DMD and COSMO-SAC models. Based on calculated selectivities at infinite dilution ( ), twelve potentially promising candidates were chosen out of 34 solvents. These MSA candidates were allowed to be advanced to the next level of screening in which the limiting activity coefficients of methanol as well as dimethyl carbonate in those selected solvents were experimentally measured by the technique of headspace gas chromatography. At this level of screening, a composite Z-score taking both selectivity and solvency factors into account was employed. Two solvents - methyl salicylate and ethyl benzoate with relatively high values of the composite Z-score were identified for further vapor liquid equilibrium (VLE) experiment in the second tier where four sets of data were measured using a dynamic recirculation cell. The effectiveness of the two solvents acting as entrainers was further quantitatively assessed by simulation in the last tier, and compared with that of others being used industrially or proposed in the literature. Through an iterative optimization scheme, extractive distillation system for each entrainer was optimized. The simulation results reveal that the effectiveness of the solvents under study is of the following order in terms of process economics: methyl salicylate > phenol ≈ 4-methyl-2-pentanone > dimethyl oxalate > ethyl benzoate > 2-ethoxyethanol.

La distillation réactive constitue une voie de production prometteuse pour améliorer les procédés conventionnels. Cependant les méthodes, outils et applications proposés dans la littérature se limitent aux systèmes réactifs en phase liquide. L'objectif majeur des travaux est ainsi de généraliser l'approche de conception séquentielle et hiérarchisée proposée par R. Théry (2002). Au niveau des outils, un modèle mathématique général de condensation et d'évaporation ouvertes de systèmes réactifs à l'équilibre, applicable quelque soit la phase dans laquelle a lieu la réaction est développé. Au niveau de l'approche, les méthodes pour l'analyse de faisabilité, la synthèse et la conception sont étendues et adaptées au cas d'une réaction chimique en phase vapeur. Les outils développés et la méthodologie proposée sont appliqués à la conception d'un procédé de distillation réactive en phase vapeur pour la production d'hydrogène à partir de solutions de H2O-HI-I2 du cycle thermochimique I-S.