臺灣博碩士論文加值系統

萃取蒸餾塔常用於分離沸點相近的混合物，藉由加入夾帶劑改變成份間的相對揮發度，進而達到分離的目的。本研究希望利用個人電腦模擬一座以分離丙酮-甲醇為目的，以水做夾帶劑之萃取蒸餾塔，並進行程序動態分析與蒸餾控制策略的研究。
本研究是利用Microsoft Visual Basic 2005程式語言作為開發的工具，程式的建構在於將蒸餾塔中各板層及不同的操作單元分別列出質能平衡與相平衡方程式，並建立數個副程式模組，再加入塔頂與塔底控制器來達到控制產品品質的目的，構成一完整的模擬程式。
從模擬結果得知，模擬程式的穩態值與計算所得之穩態值相近。而且動態應答也相當合理，故本模擬程式將可提供進一步做控制策略的探討與研究之用。

Extract distillation column commonly used to separate mixture which the boiling point was close. The system usually added an entrainer to change the relative volatility of the two components which the aim of separation was accomplished. The study is to develop a dynamic simulation of extract distillation column which water used as the entrainer to separate acetone and methanol, and model identification and control of distillation was studied.
In this simulation program, Microsoft Visual Basic 2005 was used as a developing tool. The program developing with solving the mass balance, energy balance and phase equilibrium equations of different operation units and then construct them to be a series of subroutine models. Two temperature controllers were used to achieve the purpose of product quality control.
By virtue of this simulation results, the steady state value of simulation program is similar by calculated. The dynamic response is also reasonable, and therefore this simulation program can be provided for further studies and research of control strategy.

目　錄

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英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章 緒論 1
1.1 文獻回顧 1
1.2 研究動機 3
1.3 章節安排 3
第二章 萃取蒸餾塔設計 5
2.1 前言 5
2.2 相對揮發度 5
2.3 蒸餾塔質量平衡計算 8
2.3.1 最小回流比 12
2.3.2 最小理論板數 13
2.4 實際板數的計算 14
2.5 萃取蒸餾塔塔徑計算 16
2.5.1 孔口板塔設計步驟 17
2.5 2 板間隔估算 17
2.5.3 蒸氣速度的計算 18
2.5.4 下流管液高的計算 20
2.6萃取蒸餾塔設計計算結果 21
第三章 萃取蒸餾塔程序動態模擬 22
3.1前言 22
3.2萃取蒸餾塔程序 22
3.3萃取蒸餾塔動態模擬程式之假設 24
3.4物理性質與平衡數據之計算 24
3.4.1 液相平均分子量與密度之計算 24
3.4.2 相平衡與沸點之計算 25
3.4.3 液相焓值與氣相焓值之計算 28
3.4 4 蒸餾板液體流量及積存液體莫耳數之計算 30
3.5萃取蒸餾塔動態模擬程式建立 31
3.5.1 塔底加熱槽之動態模擬 31
3.5 2 各蒸餾板之動態模擬 33
3.5.3 進料板之動態模擬 35
3.5.4 夾帶劑進料板之之動態模擬 37
3.5.5 冷凝器之動態模擬 39
3.5.6 塔頂收集槽之動態模擬 40
第四章 丙酮-甲醇-水萃取蒸餾塔模擬 42
4.1 穩態模擬結果的檢驗 42
4.2 程序輸入變數對穩態狀況的影響 44
第五章 萃取蒸餾塔控制 56
5.1 P I D控制器 56
5.2 塔頂溫度控制器與塔底溫度控制器設定 58
5.3 模式識別 59
5.4 相對增益陣列的計算 64
5.5 控制器參數 65
5.6 回饋控制動態應答 66
第六章 結論與未來展望 76
6.1 結論 76
6.2 未來展望 76
參考文獻 78
符號說明 81


表目錄

表 2-1 丙酮、甲醇、水的Antoine常數 6
表 2-2 丙酮、甲醇、水的NRTL模式參數 7
表 2-3 丙酮對甲醇的相關計算 8
表 2-4 加入夾帶劑水之後丙酮對甲醇的相關計算 8
表 2-5 蒸餾塔進料條件與夾帶劑流量S計算結果 10
表 2-6 期望塔頂塔底濃度產物條件與塔頂塔底流量B、D計算結果 10
表 2-7 各板液相與氣相流量 12
表 2-8 逐段計算結果 16
表 4-1 模擬程式計算穩態結果 43
表 5-1 第二板與第七板之溫度程序轉換函數計算結果 60
表 5-2 塔頂及塔底控制器參數 66


圖目錄

圖 2.1 萃取蒸餾塔質量平衡圖 11
圖 2.2 多孔板塔切面圖 18
圖 3.1 萃取蒸餾塔程序 23
圖 3.2 氣液相平衡計算流程圖 27
圖 3.3 塔底加熱槽示意圖 33
圖 3.4 蒸餾板各板示意圖 35
圖 3.5 進料板示意圖 37
圖 3.6 夾帶劑進料板示意圖 39
圖 3.7 全冷凝器示意圖 40
圖 3.8 塔頂收集槽示意圖 41
圖 4.1 模擬程序穩態操作下之溫度與濃度分布圖 44
圖 4.2 塔底加熱量 階段改變對穩態溫度分佈的改變之比較圖 47
圖 4.3 塔底加熱量 階段改變對穩態濃度分佈的改變之比較圖 47
圖 4.4 塔頂回流量L階段改變對穩態溫度分佈的改變之比較圖 48
圖 4.5 塔頂回流量L階段改變對穩態濃度分佈的改變之比較圖 48
圖 4.6 原料進料量F階段改變對穩態溫度分佈的改變之比較圖 49
圖 4.7 原料進料量F階段改變對穩態濃度分佈的改變之比較圖 49
圖 4.8 夾帶劑進料量S階段改變對穩態溫度分佈的改變之比較圖 50
圖 4.9 夾帶劑進料量S階段改變對穩態濃度分佈的改變之比較圖 50
圖 4.10 原料進料溫度 改變後，新的穩態溫度分佈圖 51
圖 4.11 原料進料溫度 改變後，新的穩態濃度分佈圖 51
圖 4.12 夾帶劑進料溫度 改變後，新的穩態溫度分佈圖 52
圖 4.13 夾帶劑進料溫度 改變後，新的穩態濃度分佈圖 52
圖 4.14 原料進料濃度 改變後，新的穩態溫度分佈圖 53
圖 4.15 原料進料濃度 改變後，新的穩態濃度分佈圖 53
圖 4.16 夾帶劑進料濃度 改變後，新的穩態溫度分佈圖 54
圖 4.17 夾帶劑進料濃度 改變後，新的穩態濃度分佈圖 54
圖 4.18 板數增加至21板，新的穩態溫度與濃度分佈圖 55
圖 5.1 萃取蒸餾塔控制系統圖 57
圖 5.2 塔頂控制器輸出 從50%升至55%之 應答圖 60
圖 5.3 塔頂控制器輸出 從50%升至55%之 應答圖 61
圖 5.4 塔頂控制器輸出 從50%降至45%之 應答圖 61
圖 5.5 塔頂控制器輸出 從50%降至45%之 應答圖 62
圖 5.6 塔底控制器輸出 從48%升至50%之 應答圖 62
圖 5.7 塔底控制器輸出 從48%升至50%之 應答圖 63
圖 5.8 塔底控制器輸出 從48%降至46%之 應答圖 63
圖 5.9 塔底控制器輸出 從48%降至46%之 應答圖 64
圖 5.10 原料進料F 450g/min→500g/min第七板溫度閉環路動態應答圖 68
圖 5.11 原料進料F 450g/min→500g/min第二板溫度閉環路動態應答圖 68
圖 5.12 進料丙酮濃度 0.5→0.6第七板溫度閉環路動態應答圖 69
圖 5.13 進料丙酮濃度 0.5→0.6第二板溫度閉環路動態應答圖 69
圖 5.14 原料進料溫度 323.15K→298.15K第七板溫度閉環路動態應答圖 70
圖 5.15 原料進料溫度 323.15K→298.15K第二板溫度閉環路動態應答圖 70
圖 5.16 夾帶劑進料流量S 680 g/min→730 g/min第七板溫度動態應答圖 71
圖 5.17 夾帶劑進料流量S 680 g/min→730 g/min第二板溫度動態應答圖 71
圖 5.18 夾帶劑進料水濃度 0.991→0.998第七板溫度動態應答圖 72
圖 5.19 夾帶劑進料水濃度 0.991→0.998第二板溫度動態應答圖 72
圖 5.20 夾帶劑進料溫度 323.15K→298.15K第七板溫度動態應答圖 73
圖 5.21 夾帶劑進料溫度 323.15K→298.15K第二板溫度動態應答圖 73
圖 5.22 塔頂控制器溫度設定點 37.76%→38.76%第七板溫度動態應答圖 74
圖 5.23 塔頂控制器溫度設定點 37.76%→38.76%第二板溫度動態應答圖 74
圖 5.24 塔底控制器溫度設定點 54.97%→56.97%第七板溫度動態應答圖 75
圖 5.25 塔底控制器溫度設定點 54.97%→56.97%第二板溫度動態應答圖 75

參考文獻

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