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

W niniejszym artykule przedstawiamy model dla konwencjonalnego procesu produkcji Octanu Butylu (BuAc), który został zaimplementowany w Vichemic. Wykorzystano warunki referencyjne do symulacji tego procesu, który opiera się na transestryfikacji octanu metylu (MeAc) i butanolu (BuOH) w obecności katalizatora w reaktorze CSTR. Octan butylu jest produktem o wartości dodanej, wytwarzanym w celu waloryzacji MeAc, który jest produktem ubocznym przy produkcji poli(winylo)alkoholu (PVA). W dalszej części artykułu omówimy wydajność procesu, zbadamy trwałość oraz porównamy wyniki optymalizacji energetycznej i opartej na egzergii.

Model procesu produkcji Octanu Butylu

Proces produkcji Octanu Butylu opiera się na transestryfikacji octanu metylu i butanolu w obecności katalizatora w reaktorze CSTR. Głównym celem tego procesu jest waloryzacja MeAc, który jest produktem ubocznym w produkcji PVA. Aby osiągnąć wysoką czystość produktu końcowego, BuAc, stosuje się destylację zmiennociśnieniową w celu oddzielenia metanolu (MeOH) i nieprzereagowanego materiału.

Proces produkcji Octanu Butylu można opisać za pomocą czterech funkcji celu. Pierwsza z nich ma na celu minimalizację całkowitej energii procesu. Druga funkcja celu dotyczy minimalizacji obiegu recyrkulacji, co prowadzi do zmniejszenia zużycia energii. Trzecia funkcja celu skupia się na maksymalizacji jakości metanolu, który jest recyklingowany do produkcji PVA. Ostatnia funkcja celu dotyczy minimalizacji kosztów inwestycji i zwiększenia bezpieczeństwa poprzez zmniejszenie ilości masy krążącej w procesie.

Optymalizacja energetyczna i oparta na egzergii

W celu porównania procedur optymalizacji energetycznej i opartej na egzergii, opracowano dwa MOOP (Multiple Objective Optimization Problems). Pierwszy MOOP wykorzystuje zbiór J1, J3 i J4, podczas gdy drugi MOOP wykorzystuje zbiór J2, J3 i J4. Obie procedury optymalizacji mają na celu minimalizację całkowitej energii procesu, minimalizację obiegu recyrkulacji oraz maksymalizację jakości metanolu.

Zastosowanie optymalizacji energetycznej pozwala osiągnąć lepsze warunki zapotrzebowania na energię. Ponadto, mniejszy obieg recyrkulacji prowadzi do zmniejszenia masy krążącej i mniejszych wymiarów urządzeń i rurociągów, co przekłada się na niższe koszty inwestycji i zwiększone bezpieczeństwo.

Z kolei optymalizacja oparta na egzergii umożliwia ocenę rownowagi entropii w każdej iteracji solwera NLP (Nonlinear Programming) oraz dostarczanie pochodnych analitycznych do optymalizacji opartej na gradientach. Ta procedura pozwala na analizę trwałości procesu poprzez minimalizację obiegu recyrkulacji i maksymalizację jakości metanolu.

Badanie trwałości procesu

Trwałość procesu produkcji Octanu Butylu jest jednym z kluczowych aspektów analizy. W celu zbadania trwałości, skupiamy się na minimalizacji obiegu recyrkulacji (rowanie 6c) oraz maksymalizacji jakości metanolu (rowanie 6d). Zmniejszenie obiegu recyrkulacji przyczynia się do zmniejszenia zużycia energii oraz wymiarów urządzeń i rurociągów. Z kolei poprawa jakości metanolu ma bezpośredni wpływ na proces recyklingu do produkcji PVA.

Tradycyjnie, jakość metanolu dla recyklingu do produkcji PVA określa się na poziomie >92,8%. Jednakże, badanie wpływu na inne cele może prowadzić do osiągnięcia lepszej jakości metanolu.

Podsumowanie

Proces produkcji Octanu Butylu jest skomplikowanym procesem, który opiera się na transestryfikacji octanu metylu i butanolu. Modelowanie tego procesu i optymalizacja energetyczna oraz oparta na egzergii umożliwiają osiągnięcie lepszej wydajności i trwałości.

Wyniki optymalizacji energetycznej i opartej na egzergii pozwalają na porównanie różnych scenariuszy i wybór optymalnej strategii produkcyjnej. Minimalizacja całkowitej energii, obiegu recyrkulacji oraz maksymalizacja jakości metanolu są kluczowymi celami w procesie produkcji Octanu Butylu.

Za pomocą odpowiednich procedur optymalizacji, można osiągnąć wysoką wydajność, zmniejszyć zużycie energii, poprawić trwałość procesu oraz zwiększyć jakość metanolu. Dalsze badania i rozwój technologii w tym obszarze mogą przyczynić się do jeszcze większych osiągnięć w produkcji Octanu Butylu.

Keywords: Octan Butylu, proces produkcyjny, transestryfikacja, optymalizacja energetyczna, optymalizacja oparta na egzergii, trwałość procesu.