Posted on: 13 lipca, 2021 Posted by: admin Comments: 0

Model dla konwencjonalnego procesu produkcji Octan butylu został zaimplementowany w Aspen Plus , a do symulacji wykorzystano warunki referencyjne (Luyben et al, 2011). Octan butylu (BuAc) jest wytwarzany przez transestryfikację octanu metylu (MeAc) i butanolu (BuOH) w obecności katalizatora w CSTR. Ta droga opiera się na waloryzacji MeAc, który jest produktem ubocznym przy produkcji poli(winylo)alkoholu (PVA). Produkty, metanol (MeOH) i BuAc, są oddzielane przez destylację zmiennociśnieniową od nieprzereagowanego materiału w celu uzyskania wysokiej czystości i zawrócenia reagentów w procesie. MeOH jest poddawany recyklingowi jako surowiec do produkcji PVA, podczas gdy BuAc jest produktem o wartości dodanej (Steinigeweg i Gmehling, 2004). Zaproponowano cztery funkcje celu, patrz równanie. Mają one na celu ocenę wydajności opracowanego interfejsu MOO i porównanie wyników procedury opartej na egzergii i tradycyjnej procedury optymalizacji energetycznej. W równaniu cel minimalizacji całkowitej energii jest sformułowany jako suma bezwzględnych obowiązków cieplnych i roboczych. Sformułowanie zaginionej pracy odpowiada równaniu

. Ponieważ jednak system równań modelu w Aspen Plus jest ograniczony do bilansów masy i energii, został rozszerzony o obsługę zmiennych entropii i bilansów. Równania symboliczne zostały wprowadzone do Matlaba za pośrednictwem CasADi, które z kolei można łatwo zintegrować z problemem za pomocą opracowanego interfejsu. Ta struktura umożliwia w każdej iteracji solwera NLP ocenę równowagi entropii i dostarczanie pochodnych analitycznych do optymalizacji opartej na gradientach. Równania są konstruowane w oparciu o metody opisane w Aspen Plus.

Sformułowano dwa dodatkowe cele w celu zbadania trwałości procesu. Ponieważ równowaga reakcji ogranicza konwersję, proces wymaga wyczerpującego obiegu recyrkulacyjnego, dlatego badana jest jego minimalizacja (por. równanie (6c)). A priori można argumentować, że jeśli recykling zostanie zmniejszony, można osiągnąć lepsze warunki zapotrzebowania na energię. Ponadto w procesie krążyłoby mniej masy, co wymagałoby mniejszych urządzeń i rurociągów. Wpłynęłoby to korzystnie na koszty inwestycji i bezpieczeństwo. Ostatni cel odpowiada maksymalizacji jakości metanolu (por. równanie (6d)). Tradycyjnie dla recyklingu MeOH do produkcji PVA określa się wzorzec czystości > 92,8%. Jeśli jednak pożądana jest lepsza jakość, należy zbadać wpływ na inne cele. Opracowano dwa MOOP, aby porównać procedury optymalizacji oparte na energii i egzergii. Najpierw w sformułowaniu problemu używany jest zbiór [J1, J3, J4], a następnie zbiór [J2, J3, J4]. Dziewięć warunków procesu określa się jako kontrole, dla każdej kolumny destylacyjnej: (i) wzrost temperatury (ΔT [K]) na podgrzewaczach, (ii) współczynnik powrotu (RR) oraz (iii) stosunek destylatu do wsadu (D/F ). Ograniczenia jakościowe są wprowadzane jako nierówności.