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研究生:林楙賀
研究生(外文):Mao Ho Lin
論文名稱:各種二甲基醚生產製程之最適化設計與分析
論文名稱(外文):Optimal Design and Analysis of Various DME Production Processes
指導教授:王國彬
指導教授(外文):G. B. Wang
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:化工與材料工程學系
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
論文頁數:96
中文關鍵詞:二甲醚、甲醇、反應蒸餾
外文關鍵詞:Dimethyl ether、Methanol、Reactive distillation
相關次數:
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目錄
指導教授推薦書
論文口試委員會審定書
誌謝 iii
摘要 iv
Abstract v
目錄 vi
圖目錄 ix
表目錄 xiii
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2文獻回顧 1
1.3研究動機與目標 7
1.4章節組織 8
第二章 二甲醚製程之熱力學與動力學模式 9
2.1前言 9
2.2基本物性 9
2.3熱力學模式 10
2.4熱力學模式參數驗證 14
2.5甲醇醚化反應動力式 17
第三章 各種二甲基醚製程穩態設計 19
3.1前言 19
3.2 Process A數據驗證 19
3.3 Process B數據驗證 30
3.4 Process C數據驗證 34
3.5小結 44
第四章 各種二甲基醚放大製程穩態設計 45
4.1前言 45
4.2各程序模擬參數設計 45
4.3 Process A程序模擬結果與討論 49
4.3.1 穩態模擬結果 49
4.3.2 最適化操作計算 52
4.4 Process B程序模擬結果與討論 55
4.4.1穩態模擬結果 55
4.4.2最適化操作計算 55
4.5 Process C程序模擬結果與討論 58
4.5.1穩態模擬結果 58
4.5.2最適化操作計算 61
4.6小結 65
第五章 二甲基醚反應蒸餾製程動態操控模擬 66
5.1前言 66
5.2二甲醚反應蒸餾製程庫存控制探討 66
5.3二甲醚反應蒸餾製程控制環路設計 67
5.4二甲醚反應蒸餾製程動態操控模擬分析 71
5.4.1 單點溫度控制模擬分析 71
5.4.2 雙點溫度控制模擬分析 73
5.5小結 74
第六章 結論與未來方向 75
參考文獻 77
附錄 TAC計算公式 79
符號說明 81
圖目錄
圖1-1 Process A程序設計圖 5
圖1-2 Process B程序設計圖 5
圖 1-3 Process C程序設計圖 6
圖2-1 MeOH與WATER之XY圖比較 14
圖2-2 MeOH與DME之XY圖比較 15
圖2-3WATER與DME之XY圖比較 15
圖2-4 MeOH-WATER-DME文獻數據與實驗數據三相圖比較 16
圖3-1 Process A程序設計圖及操作條件(Lei等, 2011) 20
圖3-2 PFR替換反應器程序及其操作條件 21
圖3-3 Process A反應蒸餾塔溫度分佈 (a)文獻, (b)本研究 23
圖3-4 Process A反應蒸餾塔氣相組成分佈 (a)文獻, (b)本研究 24
圖3-5 Process A反應蒸餾塔液相組成分佈 (a)文獻, (b)本研究 25
圖3-6 Process A不同反應段與氣提段比較 28
圖3-7 Process A不同反應段板數最適化操作比較 28
圖3-8 Process B程序設計圖及操作條件 30
圖3-9 Process B第一支蒸餾塔 (a)溫度分佈, (b)氣相組成分佈, (c)液相組成分佈 31
圖3-10 Process B第二支蒸餾塔 (a)溫度分佈, (b)氣相組成分佈, (c)液相組成分佈 32
圖3-11 Process B第一支蒸餾塔最適化總板數計算 34
圖 3-12 Process C程序設計圖及操作條件(Lei等, 2011) 35
圖3-13 Process C反應蒸餾塔 (a)溫度分佈, (b)氣相組成分佈, (c)液相組成分佈 36
圖3-14 Process C蒸餾塔 (a)溫度分佈, (b)氣相組成分佈, (c)液相組成分佈 37
圖3-15 Process C精餾段板數2板下各反應與氣提段比較 40
圖3-16 Process C精餾段板數3板下各反應與氣提段比較 41
圖3-17 Process C精餾段板數4板下各反應與氣提段比較 42
圖3-18 Process C反應蒸餾塔最適化總反應段板數比較 42
圖3-19 Process C最適化蒸餾塔總板數比較 43
圖4-1 Process A程序設計圖及操作條件在進料流率100 mol/s 46
圖4-2 Process B程序設計圖及操作條件在進料流率100 mol/s 47
圖4-3 Process C程序設計圖及操作條件在進料流率100 mol/s 48
圖4-4 Process A中觸媒填充率為27%下其(a)溫度分佈, (b)氣相組成分佈, (c)液相組成分佈 50
圖4-5 Process A中觸媒填充率為50%下其(a)溫度分佈, (b)氣相組成分佈, (c)液相組成分佈 51
圖4-6 Process A總板數最適化 53
圖4-7 Process A不同反應段下最適化計算(a)總覽表, (b)放大 54
圖4-8 Process B第一支蒸餾塔其(a)溫度分佈, (b)氣相組成分佈, (c)液相組成分佈 56
圖4-9 Process B第二支蒸餾塔其(a)溫度分佈, (b)氣相組成分佈, (c)液相組成分佈 57
圖4-10 Process B第一支蒸餾塔最適化總板數計算 58
圖4-11 Process C中在觸媒填充17%下反應蒸餾塔 (a)溫度分佈, (b)氣相組成分佈, (c)液相組成分佈 59
圖4-12 Process C中在觸媒填充50%下反應蒸餾塔 (a)溫度分佈, (b)氣相組成分佈, (c)液相組成分佈 60
圖4-13 Process C精餾段板數7板下各反應與氣提段比較 62
圖4-14 Process C精餾段板數6板下各反應與氣提段比較 63
圖4-15 Process C精餾段板數8板下各反應與氣提段比較 64
圖4-16 Process C反應蒸餾塔最適化總反應段板數比較 64
圖5-1 DME反應蒸餾製程(Process C)之庫存控制架構圖 67
圖5-2 再沸器熱負載(QR)開環靈敏度分析 68
圖5-3 回流比(RR)開環靈敏度分析 69
圖5-4 Process C回流比單板溫控環路 69
圖5-5 Process C再沸器熱負載單板溫控環路 70
圖5-6 Process C雙點溫控環路 71
圖5-7 回流比溫度單板環路控制擾動變化之應答結果 72
圖5-8 再沸器熱負載單板溫度環路控制擾動變化之應答結果 73
圖5-9雙點溫度環路控制擾動變化之應答結果 75

 
表目錄
表1-1 反應蒸餾之優缺點 4
表2-1 各成份在0.1MPa及0.9MPa下之沸點(℃) 10
表2-2 DME-MeOH-WATER實驗數據(Park等, 2007) 11
表2-3 MeOH -WATER溫度20℃下P-xy數據(Hall等, 1979) 11
表2-4 DME-MeOH溫度20℃下P-xy數據(Chang等, 1982) 11
表2-5 DME-WATER溫度50℃下P-xy數據(Pozo and Street, 1984) 12
表2-6 NRTL 兩成份交互作用參數(Dirk-Faitakis等, 2009) 13
表2-7甲醇醚化反應動力式 17
表3-1各程序所要求之規格純度與功率消耗(Lei等,2011) 21
表3-2 PFR設計各程序純度與功率消耗 22
表3-3 Process A最適化操作各成本所占比例 29
表3-4 Process C最適化操作各成本所占比例 43
表4-1 不同觸媒填充比例下其轉化率與功率消耗 47
表4-2 Process A進料100mol/s最適化操作各成本所占比例 53
表4-3 Process C進料100mol/s最適化操作各成本所占比例 65

參考文獻
宋懷俊、張海濤、應衛勇、房鼎業,二氧化碳-二甲酶-甲醇-水四元體系汽液平衡的測定與預測,華東理工大學學報,33,頁301-305(2007)。

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Dirk-Faitakis, C. B.; An, W.; Lin, T. B.; Chuang, K. T., “Catalytic distillation for simultaneous hydrolysis of methyl acetate and etherification of methanol,” Chemical Engineering and Processing, 48, 1080–1087 (2009).

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