Synthese und Optimierung nichtidealer Rektifizierprozesse:
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| Published: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1997
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| adam_text | Titel: Synthese und Optimierung nichtidealer Rektifizierprozesse
Autor: Bauer, Markus H
Jahr: 1997
FORTSCHRITTBERICHTE VM Dipl.-Ing. Markus H. Bauer, Burghausen Synthese und Optimierung nichtidealer Rektifizierprozesse Reihe 3: Verfahrenstechnik Nr. 496
V Inhaltsverzeichnis 1 Einführung 1 1.1 Problemstellung................................. 1 1.2 Lösungsansatz.................................. 4 1.3 Überblick.................................... 5 2 Synthese und Analyse rektifikativer Prozesse 7 2.1 Heuristische und überschlägige Methoden................... 7 2.1.1 Schaltungsentwurf auf der Basis heuristischer Regeln........ 8 2.1.2 Überschlägige Berechnung der Rektifikation............. 12 2.2 Thermodynamische Analyse.......................... 15 2.2.1 Vorbemerkungen............................ 15 2.2.2 Rektifikation bei völligem Rücklauf.................. 16 2.2.3 Rektifikation bei teilweisem Rücklauf................. 23 2.2.4 Rektifikation mit überlagerter Absorption .............. 27 2.3 Rigorose mathematische Methoden...................... 33 2.3.1 Prozeßsimulation............................ 33 2.3.2 Prozeßoptimierung........................... 37 2.3.3 Strukturoptimierung.......................... 40 3 Entwicklung von Uberstrukturen 47 3.1 Vorbemerkungen . . .............................. 47 3.2 Überstrukturen der einzelnen Rektifizierkolonne............... 48 3.3 Prozeßüberstrukturen zur Zerlegung zeotroper Gemische.......... 50 3.3.1 Scharfe Abtrennung von Randkomponenten ............. 50 3.3.2 Trennung mit verteilten Komponenten................ 52
VI 3.4 Prozeßüberstrukturen zur Zerlegung azeotroper Gemische.......... 56 3.4.1 Abtrennung von Randkomponenten.................. 56 3.4.2 Konzept der bevorzugten Trennung.................. 60 3.5 Prozeßüberstrukturen zur Zerlegung azeotroper Gemische mit Zusatzstoff . 61 3.6 Zusammenfassung................................ 65 4 Modellierung 67 4.1 Aufstellen von Modell und Gleichungen.................... 67 4.1.1 Modell der Gleichgewichtsstufe .................... 67 4.1.2 Phasengleichgewicht.......................... 69 4.1.3 Kolonnen-und Prozeßmodell...................... 72 4.1.4 Zusammenfassung der Modellannahmen ............... 72 4.2 Modellierung der Rektifikation als nichtlineares Optimierproblem...... 74 4.2.1 Freiheitsgrad im stationären Betrieb ................. 74 4.2.2 Problemformulierung.......................... 75 4.2.3 Initialisierung des Gleichungssystems ................. 75 4.3 Modellierung der Rektifikation als gemischt-ganzzahliges Optimierproblem 77 4.3.1 Freiheitsgrad in der Planungsphase.................. 77 4.3.2 Problemformulierung.......................... 78 4.3.3 Modellierung struktureller Randbedingungen............. 79 4.3.4 Regeln für gemischt-ganzzahlige Modelle............... 81 4.3.5 Modifikation der MESH-Gleichungen................. 86 5 Bewertung von Prozeßvarianten 89 5.1 Bewertungsmodelle............................... 89 5.1.1 Energetische Bewertung........................ 89 5.1.2 Exergetische Bewertung.................•....... 90 5.1.3 Ökonomische Bewertung........................ 91 5.2 Kostenrechnung................................. 93 5.2.1 Annualisierung der Kosten....................... 93 5.2.2 Betriebskosten.............................. 95 5.2.3 Investitionskosten............................ 97 5.2.4 Auslegung der Apparate........................101
VII 6 Fallstudien 104 6.1 Untersuchungen an der Einzelkolonne.....................104 6.1.1 Optimale Feedeinspeisestelle......................104 6.1.2 Kostenstruktur bei der Einzelkolonne.................107 6.1.3 Sensitivität auf die Auslegungsparameter...............109 6.2 Prozesse zur Zerlegung eines zeotropen Gemisches..............112 6.2.1 Stofflich gekoppelter Prozeß mit Seitenkolonne............112 6.2.2 Prozeß mit dampfförmiger Einspeisung................115 6.2.3 Prozeß mit flüssiger Einspeisung....................117 6.3 Prozesse zur Zerlegung eines azeotropen Gemisches.............119 6.3.1 Entwurf des kostenoptimalen Prozesses................119 6.3.2 Studie zur stofflichen Kopplung....................124 6.3.3 Studie zur Optimierung der Azeotroprückführung..........126 6.3.4 Studie zur Optimierung der Reinstoffrückführung..........128 6.3.5 Sensitivität des Prozesses auf das Ausgangsgemisch.........130 6.4 Optimierung einer großtechnischen Extraktivrektifikation..........135 • 6.4.1 Trennaufgabe und gegenwärtige Lösung................135 6.4.2 Neuplanung des kostenoptimalen Prozesses ..............137 6.4.3 Verbesserung des bestehenden Prozesses...............139 7 Schlußbemerkungen 142 7.1 Zusammenfassung................................142 7.2 Ausblick.....................................144 8 Anhang 147 9 Literatur 149
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