Comparative optimal design and control of two alternative approaches for separating heterogeneous mixtures isopropyl alcohol-isopropyl acetate-water with four azeotropes

共沸物 萃取蒸馏 异丙醇 再沸器 化学 三元运算 共沸蒸馏 肉豆蔻酸异丙酯 工艺工程 热力学 蒸馏 色谱法 有机化学 计算机科学 工程类 物理 程序设计语言
作者
Tao Shi,Ao Yang,Saimeng Jin,Weifeng Shen,Shun’an Wei,Jingzheng Ren
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier BV]
卷期号:225: 1-17 被引量:53
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2019.05.061
摘要

The separation of ternary mixtures with homogeneous or heterogeneous multi-azeotropes has received increasing attention. In this work, a systematic design, optimization and control procedure is proposed for extractive distillation of heterogeneous mixtures with four azeotropes. Herein, the ternary system isopropyl alcohol/isopropyl acetate/water is taken as a case study. The suitable entrainer is first obtained through a proposed approach combining the vapor–liquid equilibrium (VLE) curves and infinite dilution activity coefficient ratios. Conceptual design of two alternative separation sequences involving double-column extractive distillation with a pre-concentrator (DEDP) and triple-column extractive distillation (TED) are then investigated based on thermodynamic insights. With the method of sequential iterative optimization and taking total annual cost (TAC) as the objective function, the two processes are optimized. The optimal results indicate that the DEDP process with dimethyl sulfoxide as entrainer can save 6.43% TAC than that of TED. Finally, a new control structure combining reflux flowrate-to-feed (R/F) and adjustable reboiler duty-to-feed (QR/F) with "HiLoSelect" strategy is proposed to better handle three product purities than that of the basic control structure while feed flowrate and composition disturbances are introduced in the studied DEDP process.
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