2成分分離バッチ蒸留塔の最適構造と最適操作 Optimal Operation Policy for Three Types of Batch Distillation Columns Separating Binary Components

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抄録

濃縮部型, 回収部型, 全還流型の3種類の構造のバッチ蒸留塔を対象に, エネルギー消費を最小にする還流量の最適操作法を導出した.バッチ蒸留操作は, 代数方程式制約を有する微分方程式系でモデル化される.まず, この微分, 代数方程式混合系を直交選点法を用いて代数方程式系に変換した.そして, 最適な還流操作法を求める問題を, 不等号制約付きの非線形最適化問題として定式化し, 逐次二次計画法を用いて解いた.<BR>2成分分離の種々の分離条件に対して, 3種類の塔の最適な操作条件を求めた結果, 濃縮部型塔は還流量を時間の関数として最適化しても, 分離効率はあまり向上しないが, 全還流型塔では, 還流量を最適化する事により, 分離性能が大きく改善されることを明らかにした.そして, 多くの分離条件に対して, 全還流型塔は, 濃縮部型塔と等しいか, それを上回る分離性能を有することを示した.また, 回収部型塔の分離性能が, 通常の分離条件では濃縮部型塔より劣る原因を, 気液平衡関係の特徴から説明できることを明らかにした.

The optimal reflux operation which minimizes energy consumption is derived for rectifying, stripping, and total reflux columns separating binary components. The batch distillation columns are modeled as differential and algebraic equation (DAE) systems. First, each DAE system is converted to a set of algebraic equations using orthogonal collocation on finite elements. Then, the problem of finding the optimal reflux policy is formulated as a nonlinear programming problem, and it is solved using successive quadratic programming techniques.<BR>The results of the example problems show that the separation performance of the total reflux column can be improved considerably by optimizing the reflux flow rate, though the separation performance of the rectifying column can not be improved so much, even if the reflux ratio is optimized. As a result, the energy consumption of the total reflux column is equal to or less than that of the rectifying column in most cases. The reason why the separation performance of the stripping column is worse than those of the other columns is made clear using the characteristics of vapor liquid equilibrium.

収録刊行物

  • 化学工学論文集  

    化学工学論文集 23(6), 934-941, 1997-11-20 

    The Society of Chemical Engineers, Japan

参考文献:  4件

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被引用文献:  3件

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各種コード

  • NII論文ID(NAID)
    10002768506
  • NII書誌ID(NCID)
    AN00037234
  • 本文言語コード
    JPN
  • 資料種別
    ART
  • ISSN
    0386216X
  • NDL 記事登録ID
    4334869
  • NDL 雑誌分類
    ZP5(科学技術--化学・化学工業--化学工学)
  • NDL 請求記号
    Z17-725
  • データ提供元
    CJP書誌  CJP引用  NDL  J-STAGE 
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