Thesis /

ROMDOC-THESIS-2017-1277

Modelling, simulation and evaluation of biodiesel production processes

Vlad, Elena
2012-05-26

Abstract: Rezumat Teza de doctorat Modelarea, Simularea şi Evaluarea Proceselor de Obţinere a Biodieselului prezintă rezultate originale referitoare la procesele de obţinere a biodieselului şi transformare a glicerinei în terţ-butil-eteri întrebuinţaţi ca aditivi de biodiesel. Lucrarea este organizată în 6 capitole, fiecare capitol putând fi citit individual. În capitolul 2 este prezentat procedeul integrat de obţinere a biodieselului, care combină procesul de obţinere în cataliză acidă cu procesul de obţinere în cataliză bazică. În cataliză acidă materia primă conţinând o cantitate semnificativă de acizi graşi liberi (5%) reacţionează cu metanolul rezultând metil-esteri ai acizilor graşi (biodiesel), apă, glicerină şi ulei nereacţionat. În cataliză bazică uleiul netransformat reacţionează cu metanolul în reacţia de transesterificare formând biodiesel şi glicerină. Purificarea biodieselului şi a glicerinei provenite din ambele etape se realizează în unităţi de distilare comune. Un model de simulare al instalaţiei este dezvoltat în AspenPlus, fiind folosit pentru evaluarea economică a acesteia. Procesul de eterificare a glicerinei cu isobutenă (i-B) este prezentat în Capitolul 3. Modelul matematic al instalaţiei cuprinde un model riguros al secţiei de reacţie (reactor cu amestecare perfectă) şi un model ideal pentru secţia de separare şi reciclu. Pe baza modelului matematic sunt propuse cinci structuri de reglare, fiind prezentate rezultatele analizei de senzitivitate pentru fiecare structură de reglare sugerată. Astfel de sisteme prezintă un comportament neliniar caracterizat prin stări staţionare multiple, domenii în care operarea nu este posibilă şi senzitivitate ridicată a debitelor de reciclu la perturbaţii. Scopul metodei "Constructive nonlinear dynamics" este găsirea unui punct de operare stabil în care anumite restricţii să fie îndeplinite (debitele de reciclu să nu depăşească o anumită valoare), când procesul este perturbat sau când parametrii de operare sunt incerţi. Aceasta metodă, aplicată până acum doar la procesele simple, este combinată cu o problemă de optimizare care îşi propune minimizarea costului total anual al instalaţiei folosind o funcţie obiectiv obţinută prin generarea şi evaluarea mai multor alternative de proiectare. Varianta optimă este testată prin simulare dinamică în prezenţa unor largi perturbaţii. În capitolul 4 este prezentat procesul de eterificare a glicerinei cu alcool terţ-butilic (TBA). Un model matematic care cuprinde un model riguros al secţiei de reacţie (reactor cu deplasare) şi un model ideal pentru secţia de separare şi reciclu este aplicat instalaţiei de obţinere a eterilor de glicerină cu alcool terţ-butilic. Sunt propuse trei structuri de reglare care sunt analizate din punct de vedere al senzitivităţii cu scopul de a alege un punct de operare. Este construit un model de simulare al instalaţiei în AspenPlus. Robusteţea instalaţiei este dovedită prin simulare dinamică. Capitolul 5 analizează fezabilitatea proceselor de obţinere a eterilor de glicerină prin distilare reactivă (RDC). Pentru fiecare instalaţie (eterificare glicerină cu i-B, respectiv eterificare glicerină cu TBA) este construit un model de simulare în AspenPlus. Rezultatele simulării precum şi evaluarea economică demonstrează viabilitatea acestor alternative de proiectare. Abstract The PhD thesis "Modelling, Simulation and Evaluation of Biodiesel Production Processes" presents original results regarding the design of biodiesel production process and alternatives for design of glycerol etherification process. The integrated biodiesel process proposed in Chapter 2 consists of two steps: a pre-treatment step with the acidcatalysis and a transesterification step with basic-catalysis. The separation operations that are common to the acidcatalysed and basic-catalysed steps are performed in the same unit. Several design alternatives are evaluated by means of total annual cost. Glycerol etherification with isobutene in homogenous catalysis is considered in Chapter 3. Using a Reaction – Separation – Recycle model of the plant, several control structures are suggested and assessed by studying the steady state behaviour of the plant. Using AspenPlus as rigorous simulation tool, several design alternatives are generated and their Total Annual Cost is estimated. Then, the problem of robust optimization is formulated. The objective function is a TAC model derived from the design alternatives of the previous section. The robust optimization is addressed by constructive nonlinear dynamics. Finally, plantwide control is presented and the robustness of the optimal design is tested by rigorous dynamic simulation. Glycerol etherification with alcohol tert-butylic is presented in Chapter 4. A steady state mass-balance model which includes a rigorous model of the chemical reactor and ideal models for the separation section, is presented. Following the degree of freedom analysis, plantwide control structures are suggested. For each control structure, the model is solved and the influence of operating parameters on the reactants conversion is analyzed, in order to select a control structure. Detailed design of the separation section is performed and an economic evaluation of the process is accomplished. The performance of the plantwide control is proved by dynamic simulation. Etherification of glycerol by reactive distillation is presented in Chapter 5. When isobutene is used as raw material, capital and energy costs are reduced compared to the conventional reactor - separation - recycle system. The advantage of reactive distillation is prominent for etherification of glycerol with alcohol tert-butylic: the difficult separation of TBA-water azeotrope is avoided, leading to a significant reduction of the total annual cost. The process controllability is proven by dynamic simulation.

Keyword(s): Biodiesel -- Teză de doctorat ; Biocombustibili -- Teză de doctorat
OPAC: See record in BC-UPB Web OPAC
Full Text: see files

Similar records

 

People who viewed this page also viewed:

(288)  Optimizarea conceptuală şi operaţională a instalaţiilor chimice multiscop - Voinescu, Sorin - ROMDOC-BC_UPB-THESIS-2003-000000054 (275)  Simularea numerică a echipamentelor hidropneumatice de aviaţie - Dincă, Liviu - ROMDOC-BC_UPB-THESIS-2005-000013939 (269)  Scientific bulletin Series B: Chemistry and Materials - ROMDOC-Journal-2007-002 (265)  Tehnologiile informării şi comunicării : suport de curs - Curta, Olimpia - ROMDOC-BOOK-2007-005 (265)  Cercetări privind dezvoltarea de interfeţe utilizator virtuale pentru aplicaţii de teleoperare în robotică - Popa, Stelian - ROMDOC-THESIS-2021-2322

 

Rate this document:

Be the first to review this document.

Discuss this document:

Start a discussion about any aspect of this document.