메탄올-클로로포름의 분리를 위한 압력변환 증류공정의 최적화 및 동적 제어 A Study on Modeling, Optimization and Dynamic Control of the Pressure-Swing Distillation for the Separation of Methanol-Chloroform Mixture원문보기
최소 비등점 공비 혼합물인 메탄올 – 클로로포름 이성분계 혼합물을 각각의 고순도로 분리하기 위해서 압력변환 증류공정을 선정하고 공정모사를 수행하였다. 정상상태 공정모사를 위해서 PRO/II PROVISION v.10을 사용하였으며 동적상태 공정모사를 위해서 Aspen Dynamics v8.8를 사용하였다. 공정은 저압-고압 증류탑 배열과 고압-저압 증류탑 배열을 구성하고 각각의 공정에 대해서 에너지 사용량을 최소로 하는 공정조건들을 정상상태에서 결정하였다. 또한, 전체 ...
최소 비등점 공비 혼합물인 메탄올 – 클로로포름 이성분계 혼합물을 각각의 고순도로 분리하기 위해서 압력변환 증류공정을 선정하고 공정모사를 수행하였다. 정상상태 공정모사를 위해서 PRO/II PROVISION v.10을 사용하였으며 동적상태 공정모사를 위해서 Aspen Dynamics v8.8를 사용하였다. 공정은 저압-고압 증류탑 배열과 고압-저압 증류탑 배열을 구성하고 각각의 공정에 대해서 에너지 사용량을 최소로 하는 공정조건들을 정상상태에서 결정하였다. 또한, 전체 에너지 소비량을 줄이기 위해 부분 열 통합공정과 완전 열 통합 공정을 적용하고, 두 공정에 대해서 상호 비교함으로써 에너지 사용량이 가장 우수한 공정을 선정하였다. 그 결과, 저압-고압 증류탑 배열은 고압-저압 증류탑 배열보다 에너지 사용량이 적은 것으로 확인되었다. 또한 저압-고압 증류탑 배열의 경우 부분 열 통합공정을 적용하면 냉각수 및 스팀 사용량이 각각 38.86% 및 35.74% 정도 감소하고, 완전 열 통합을 적용하면 냉각수 및 스팀 사용량이 각각 44.58% 및 41.01%정도 감소되었다. 한편, 최적화된 저압-고압 증류탑 배열의 압력변환증류 공정을 대상으로 동적모사 및 제어 연구를 수행하기 위해 원료의 조성과 운전온도와 압력 그리고 증류탑하부에서의 액체 높이 등을 제어하였으며, 시간변화에 따른 다양한 운전결과를 확인하였다. 그 결과, 열 통합이 없는 공정의 경우 일반적인 제어를 통해 제어가 가능하였지만, 부분 또는 완전 열 통합이 적용된 공정의 경우에는 pressure-compensated temperature 가 필요한 것으로 나타났다.
최소 비등점 공비 혼합물인 메탄올 – 클로로포름 이성분계 혼합물을 각각의 고순도로 분리하기 위해서 압력변환 증류공정을 선정하고 공정모사를 수행하였다. 정상상태 공정모사를 위해서 PRO/II PROVISION v.10을 사용하였으며 동적상태 공정모사를 위해서 Aspen Dynamics v8.8를 사용하였다. 공정은 저압-고압 증류탑 배열과 고압-저압 증류탑 배열을 구성하고 각각의 공정에 대해서 에너지 사용량을 최소로 하는 공정조건들을 정상상태에서 결정하였다. 또한, 전체 에너지 소비량을 줄이기 위해 부분 열 통합공정과 완전 열 통합 공정을 적용하고, 두 공정에 대해서 상호 비교함으로써 에너지 사용량이 가장 우수한 공정을 선정하였다. 그 결과, 저압-고압 증류탑 배열은 고압-저압 증류탑 배열보다 에너지 사용량이 적은 것으로 확인되었다. 또한 저압-고압 증류탑 배열의 경우 부분 열 통합공정을 적용하면 냉각수 및 스팀 사용량이 각각 38.86% 및 35.74% 정도 감소하고, 완전 열 통합을 적용하면 냉각수 및 스팀 사용량이 각각 44.58% 및 41.01%정도 감소되었다. 한편, 최적화된 저압-고압 증류탑 배열의 압력변환증류 공정을 대상으로 동적모사 및 제어 연구를 수행하기 위해 원료의 조성과 운전온도와 압력 그리고 증류탑하부에서의 액체 높이 등을 제어하였으며, 시간변화에 따른 다양한 운전결과를 확인하였다. 그 결과, 열 통합이 없는 공정의 경우 일반적인 제어를 통해 제어가 가능하였지만, 부분 또는 완전 열 통합이 적용된 공정의 경우에는 pressure-compensated temperature 가 필요한 것으로 나타났다.
The separation of methanol-chloroform binary mixture, a minimum-boiling azeotrope, is performed using pressure-swing distillation process via process simulation. In this study, the steady-state optimization and dynamic simulations are carried out using PRO/II with PROVISION v.10 and Aspen Dynamics v...
The separation of methanol-chloroform binary mixture, a minimum-boiling azeotrope, is performed using pressure-swing distillation process via process simulation. In this study, the steady-state optimization and dynamic simulations are carried out using PRO/II with PROVISION v.10 and Aspen Dynamics v8.8, respectively. For steady-state optimization, the comparison between the two different column configurations (low-to-high pressure and high-to-low pressure) is observed wherein the positions of the low-pressure column and high-pressure column are operated interchangeably to attain an optimized design. Additionally, different heat integration configurations (no heat, partial heat and full heat integration) are applied to lessen the overall utility consumption. It is determined that the low-to-high pressure column configuration provided a more optimized results for all heat-integrated system as compared to high-to-low pressure column configuration. Application of heat integration further decreases the cooling water and steam consumptions by 38.86 % and 35.74 %, respectively, for partially heat-integrated system; and by 44.58% and 41.01%, respectively, for fully heat-integrated system. On the other hand, dynamics and control study is executed using basic control, feed-forward ratio control, and/or pressure-compensated temperature control structures. It is found out that the pressure-swing distillation process without heat integration can be controlled using a basic control, while the partially and full heat-integrated systems require a pressure-compensated temperature control structure.
The separation of methanol-chloroform binary mixture, a minimum-boiling azeotrope, is performed using pressure-swing distillation process via process simulation. In this study, the steady-state optimization and dynamic simulations are carried out using PRO/II with PROVISION v.10 and Aspen Dynamics v8.8, respectively. For steady-state optimization, the comparison between the two different column configurations (low-to-high pressure and high-to-low pressure) is observed wherein the positions of the low-pressure column and high-pressure column are operated interchangeably to attain an optimized design. Additionally, different heat integration configurations (no heat, partial heat and full heat integration) are applied to lessen the overall utility consumption. It is determined that the low-to-high pressure column configuration provided a more optimized results for all heat-integrated system as compared to high-to-low pressure column configuration. Application of heat integration further decreases the cooling water and steam consumptions by 38.86 % and 35.74 %, respectively, for partially heat-integrated system; and by 44.58% and 41.01%, respectively, for fully heat-integrated system. On the other hand, dynamics and control study is executed using basic control, feed-forward ratio control, and/or pressure-compensated temperature control structures. It is found out that the pressure-swing distillation process without heat integration can be controlled using a basic control, while the partially and full heat-integrated systems require a pressure-compensated temperature control structure.
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