Optimization and model-based control of sustainable ethyl-methyl carbonate and diethyl carbonate synthesis through reactive distillation

反应蒸馏 碳酸二苯酯 碳酸二乙酯 沉降时间 工艺工程 PID控制器 碳酸盐 超调(微波通信) 酯交换 控制理论(社会学) 化学 工程类 计算机科学 蒸馏 控制工程 电解质 控制(管理) 碳酸乙烯酯 色谱法 温度控制 有机化学 阶跃响应 催化作用 人工智能 物理化学 电气工程 电极
作者
Xiaolong Ge,Yicheng Han,Pengfei Liu,Botan Liu,Botong Liu
出处
期刊:Journal of Cleaner Production [Elsevier]
卷期号:370: 133618-133618 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.jclepro.2022.133618
摘要

As excellent solvents of lithum-ion electrolyte, ethyl-methyl carbonate (EMC) and diethyl carbonate (DEC) are synthesized through transesterification of dimethly carbonate (DMC) and ethanol. Process intensification, optimization and the corresponding control scheme of the synthesized process are essential when sustainability is becoming a necessity. In the present work, the intensified flowsheet for EMC and DEC production process was firstly proposed and optimized with conventional reactive distillation (RD) and reactive dividing wall column (RDWC), respectively. Compared with RD process, RDWC could achieve 25.3% and 8.2% total annualized cost reduction for EMC and DEC production process, respectively. And carbon dioxide emission could be decreased by 29.4% and 11.7% by further integrating RD and separation column into RDWC arrangement for DEC and EMC production. Then multi-loop PI control schemes were developed as benchmark and linear model predictive controller was designed to handle the persistent feed disturbance. The superiorities of model-based controllers for the strongly interactive and coupled system are demonstrated by the dynamic response comparisons in terms of settling time, overshoot and integral of squared error (ISE), especially for the controlled variables with poor control performance under conventional multi-loop PI control structure. To summarize, the comprehensive control performance index-ISE with MPC is reduced by 55.9%–99.1%, as compared to those under PI control strategy.
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