Nonlinear feedback control scheme for reactive distillation column has been proposed. The proposed control scheme is derived in the framework of Nonlinear Internal Model Control. The product compositions and liquid and vapor flow rates in sections of the reactive distillation column are estimated from selected tray temperature measurements by an observer. The control scheme is applied to example reactive distillation column in which two products are produced in a single column and the reversible reaction A + B = C + D occurs. The relative volatilities are favorable for reactive distillation so that the reactants are intermediated boilers between the light product C and the heavy product D. Ideal physical properties, kinetics and ...
Butyl acetate is produced from acetic acid and butanol via an esterification reaction in a reactive distillation column. Entrainer can be used for efficient removal of produced water from the reaction region, leading to significant improvement of the column performance. Batch reactive distillation has clear advantages over continuous one in terms of flexibility and adaptability in a small plant. We studied batch and semi-batch reactive distillation processes through process simulation and pilot-scale experiments. We investigated process configuration and type of entrainer for improvement of the column performance and suggested a novel cyclic operation strategy using the semi-batch reactive distillation column. The cyclic strategy was shown to give relatively high production rate and stable operation.
Lactic acid was reacted with alcohol into lactate ester, and lactate ester produced in esterification reaction was distilled simultaneously with hydrolysis reaction into lactic acid. When the yields of lactic acid recovered by batch reactive distillations with various alcohols were compared, the yield of lactic acid was increased as the volatility of lactate ester was increased. In this batch reactive distillation, because the mixtures condensed in partial condensor were flown to reboiler through distillation column, the recovery yield of lactic acid was affected by operation temperature of partial condensor. Hydrolysis reaction into lactic acid in distillation column rarelyoccurred because of short retention time of lactate ester and water. Lactate ester was reacted into lactic acid in reboiler.
The aim of this study is finding the optimal design parameters and the optimal operation variables of a reactive distillation column. Different from steady state optimization, dynamic optimization makes it possible considering operation ability as well as design problems at process design step. For performing dynamic optimization, dynamic simulation should be done first. If dynamic simulation is already finished, dynamic optimization can be performed with less effort than that of dynamic simulation.Reactive distillation systems involving reaction and separation in a single unit have the potential to reduce capital and operating costs, particularly when reaction have conversion constraint or when azeotropes exist making conventional separation difficult and expensive. This study here present work on the continuous distillation process, the homogeneous catalyzed esterification of methanol and acetic acid, the synthesis of methyl acetate. Based on an equilibrium stage model of a reactive distillation column a dynamic optimization problem was formulated and solved. And the results were verified by performing dynamic simulation and showing the variation of conversion and purity as the variation of the operation variables. As the results of dynamic optimization, this study found optimal feed ratio, reflux ratio and reboiler duty of this system. And as this study applied it to dynamic simulations the dynamic characteristics of a reactive distillation column are showed under optimal operating condition.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.7
no.3
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pp.263-268
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2001
A new control scheme s proposed for the control of reactive batch distillation (RBD) column. A nonlinear wave model captures the essential dynamic behavior of the RBD process. The proposed control scheme is based on both Generic Model Control(GNC) and nonlinear wave model. The control scheme uses a profile position of the column as a controlled variable. Ethanol esterification process using RBD is chosen as an example process. Tight control of the distillate purity is obtained with the use of the proposed control scheme.
Though a reactive distillation column reduces energy requirement and gives easy separation of azeotropic mixture to result in wide practical applications in field, its design is difficult. On the other hand, a commercial design software used largely in chemical process design and performance evaluation can solve the problem, but the addition of reaction into the tray is not simple. In this study the addition is implemented to make the process simulation available, and it is utilized in the design of a TAME process to find the following design guidelines. The addition of reactive trays gives more composition elevation than the composition decrease from the reduction of the trays, and the increase of non-reactive trays does not improve product quality. The elevation of reboiler heat duty lowers the product quality by the reduction of residence time in reactive tray and conversion.
Reactive distillation (RD) is a combination process where both separation and reaction are considered simultaneously in a single vessel. This kind of combination to enhance the overall performance is not a new attempt in the chemical engineering areas. The recovery of ammonia in the classic Solvay process for soda ash of the 1860s may be cited as probably the first commercial application of RD. The RD system has been used for a long time as a useful process and recently the importance of the RD is enlarged more and more. In addition to that, the application fields of RD are diversely diverged. To make the most of the characteristic of RD system, we must decide the best operating condition under which the process shows the most effective productivity and should decide the best control algorithm which satisfies an optimal operating condition. Phosgene which is a highly reactive chemical is used for the production of isocyanates and polycarbonates. Because it has high reactivity and toxicity, its utilization is increasingly burdened by growing safety measures to be adopted during its production. Dimethyl Carbonate (DMC) was proposed as a substitute of phosgene because it is non-toxic and environmentally benign chemical. In this study, RD is used for DMC production process and the transesterification is performed inside of column to produce DMC. In transesterification, the methanol and ethylene carbonate (EC) are used as the reactants. This process use homogeneous catalyst and the azeotrope exists between the reactant and product. Owing to azeotrope, we should use two distillation columns. For this DMC production process, we can suggest two configurations. One is EC excess process and the other is methanol excess process. From the comparison of steady state simulation results where the Naphtali-Sandholm algorithm is used, it showed the better performance to use the methanol excess process configuration than EC excess process. Then, the dynamic simulation was performed to be based on the steady state simulation results and the optimal control system was designed. In addition to that, the optimal operating condition was suggested from previous results.
When multiple reactions of quaternary mixtures take place in a reactive distillation column, the behavior of composition trajectory is analyzed by a visual-aided method. By adding additional vectors of multiple reactions and visualizing them in composition space, the composition of each component and extent of each reaction on an arbitrary stage can be easily estimated in terms of the composition trajectory and reaction cascade difference points. Moreover, for a given operating conditions, the number of total stages and position of optimum reaction zone can be determined by the visual-aided method. In this study, ethylene glycol synthesis with a side reaction is taken as an example and analyzed by the proposed graphical method. Through this method, the quaternary reactive distillation with multiple reactions can be analyzed without numerous experiments and simulations.
Park, Suk-Chan;Lee, Sang-Mok;Kim, Young-Jun;Kim, Woo-Sik;Koo, Yoon-Mo
KSBB Journal
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v.21
no.3
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pp.199-203
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2006
Precipitation and reactive distillation were employed to recover lactic acid from fermentation broth. Lime was initially added to fermentation broth in order to convert soluble lactic acid to an insoluble calcium lactate form. Drowning-out crystallization was used to decrease the solubility of calcium lactate by adding ethanol as a co-precipitant. In the ideal solution of organic acids as well as fermentation broth, precipitation experiments were performed with varying amounts of ethanol. Precipitation process was followed by reactive distillation. Carboxylate salts formed in the previous precipitation process were mixed with carbon dioxide and triethylamine to precipitate as calcium carbonate. The remaining liquid was distilled for 1 hr at different temperatures. Triethylamine and water were recovered from the top of the distiller, while organic acids, inducing lactic acid as a main component remained in feeding bottle. The yield of recovered lactic acid was 67.5% with the purity of 99.7%.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.13
no.3
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pp.181-186
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2015
It is necessary to develop an effective waste salt treatment technology for the minimization of radioactive waste generation from the pyroprocessing of spent nuclear fuel. For this reason, the separation characteristics of NdCl3 from LiCl-KCl eutectic salt in a reactive distillation process using Li2CO3 or K2CO3 were observed. NdCl3 was converted into oxychloride (NdOCl) or oxide (Nd2O3) in the reaction model between NdCl3 and the carbonates using HSC-Chemistry, and this result was confirmed in the reactive distillation test of the LiCl-KCl-NdCl3 system using the carbonates. Based on these results, the reactive distillation process conditions were determined to separate NdCl3 into an oxide form (Nd2O3) which can be easily fabricated into a final waste form.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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