Thesis /

ROMDOC-THESIS-2012-113

MODELLING AND SIMULATION OF CONTINUOUS CATALYTIC DISTILLATION PROCESSES

BONET RUIZ, A.E. (University POLITEHNICA of Bucharest) ; (University of Barcelona)
2012-07-01

Abstract: THESIS ABSTRACT The Thesis presents the results of experimental and theoretical research performed in the field of Modelling and simulation of continuous catalytic distillation processes, being focused on the synthesis of tert-amylmethyl- ether (TAME), ecological fuel additive. The original contributions of the present thesis are: - Detailed literature survey in the field of ethers synthesis by the addition of alcohols to tertiary olefins and critical analysis of kinetic models proposed in literature and information related to chemical equilibrium in liquid phase, specific to TAME synthesis. - Extensive experimental program to study the influence of various parameters on reaction system kinetics: temperature, catalyst particles dimension and isoamylenes concentration in initial C5 fraction (adding 2M2B). - Original experimental arrangement for accomplishing the experimental program for kinetic studies. The study of the limitative effect of internal diffusion on TAME synthesis process kinetics with Amberlyst35 catalyst. Adapting the kinetic model proposed by Rihko et al (1995, 1997) to the TAME synthesis with Amberlyst35 catalyst. The parameters of the model were estimated based on experimental data obtained in this thesis. For this purpose, an original application was developed in MATLAB for kinetic model parameter estimation using MATLAB toolboxes. - Extensive experimental program for vapour-liquid equilibrium measurement for binary systems of compounds presents in the reaction system specific to TAME synthesis. The quality of experimental results was confirmed by comparison with data available in literature and by comparison with predictions of various thermodynamic models adequate for hydrocarbons – ethers mixtures. - A methodology and a computer tool were proposed to evaluate the feasibility of reactive distillation process, considering technical, economical and environmental impact aspects. The tools used with this purpose are: reactive residue curve maps, infinite / infinite analysis, process simulators, cost evaluation using simplified models and the evaluation of environmental impact with WAR algorithm based on Environmental Performance Index (EPI). - An algorithm and a program to build residual curves were developed implemented in MATLAB with an interactive interface to explore the diagram topology and to calculate the desired residual curves. The number of transfer units (NTU) calculation was also implemented. A simplified cost function was proposed to compare and optimize feasible topologies. The original results obtained in this Thesis are supported by 17 publications and scientific communications, out of which 8 in peer-reviewed journals (two in journals with impact factor greater than 2.2). REZUMATUL TEZEI Teza prezintă rezultatele unor cercetari experimentale şi teoretice efectuate în domeniul Modelării şi simulării proceselor de distilare catalitică continue, concentrate pe studiul de caz referitor la sinteza tert-amilmetil- eterului (TAME), aditiv de benzină ecologică. Contribuţiile originale ale prezentei teze sunt: - Realizarea unei sistematizări a literaturii în domeniul sintezei eterilor prin adiţia alcoolilor la olefine terţiare, analiza critică a modelelor cinetice propuse în literatură şi informaţiile referitoare la termodinamica sintezei TAME. - Realizarea unui program experimental extensiv pentru studiul cineticii procesului de eterificare a izoamilenelor cu metanol pe catalizator Amberlyst 35. S-a urmărit influenţa diferiţilor parametri asupra cineticii sistemului de reacţie: temperatura, dimensiunea particulelor de catalizator şi concentraţia de izoamilene din fracţia C5 iniţială (adăugând 2M2B). Adaptarea modelului cinetic propus de Rihko et al (1995, 1997), pentru sinteza TAME pe catalizator Amberlyst 35. Parametrii modelului au fost estimaţi pe baza datelor experimentale obţinute în cadrul tezei. - S-au studiat experimental echilibre lichid-vapori pentru 4 sisteme binare formate din componenţi prezenţi în sistemul de reactie specific sintezei TAME, obtinandu-se date care vin sa completeze literatura existenta in acest domeniu. Calitatea rezultatelor experimentale obtinute a fost confirmata prin raportarea la date din literatură şi prin compararea cu predicţiile diverselor modele termodinamice adecvate amestecurilor hidrocarburi-eteri. - S-au realizat o metodologie şi un instrument informatic pentru evaluarea fezabilitatii procesului de distilare reactiva, luând în considerare aspecte tehnice, economice şi impactul asupra mediului. Instrumentele utilizate în acest scop sunt: diagrama curbelor reziduale reactive, analiza infinit/infinit, simulatoare de proces, evaluarea costului utilizand modele simplificate şi evaluarea impactului asupra mediului cu algoritmul WAR bazat pe indicele de performanţă de mediu EPI (Environmental Performance Index). - S-au dezvoltat un algoritm şi un program de construcţie a curbelor reziduale ce poate fi utilizat atât pentru sisteme de distilare reactivă, cât şi pentru sisteme de distilare clasice. Aplicaţia originală implementată în MATLAB, oferă o interfaţă interactivă ce permite explorarea topologiei diagramei şi calculul curbelor reziduale dorite. În cadrul aceleiaşi aplicaţii s-a implementat şi calculul numărului de unităţi de transfer (NUT). S-a propus o funcţie simplificată de cost, utilă pentru compararea şi optimizarea topologilor fezabile. Rezultatele obţinute în cadrul tezei fac obiectul a 17 publicaţii şi comunicări ştiinţifice dintre care 8 în reviste cu referenţi (două în reviste cu factor de impact peste 2,2).

Keyword(s): CATALYTIC DISTILLATION ; MODELLING ; PROCESS SIMULATION
Note: Under the supervision of: Professor Grigore BOZGA Professor Joan LLORENS LLACUNA Professor José COSTA LÓPEZ


Full Text: see files

Similar records

 

People who viewed this page also viewed:

(337)  Optimizarea conceptuală şi operaţională a instalaţiilor chimice multiscop - Voinescu, Sorin - ROMDOC-BC_UPB-THESIS-2003-000000054 (324)  Tehnologiile informării şi comunicării : suport de curs - Curta, Olimpia - ROMDOC-BOOK-2007-005 (322)  Scientific Bulletin Series C:Electrical engineering - ROMDOC-Journal-2007-003 (322)  Aniversarea a 75 de ani de învăţământ tehnic în România, 50 ani dela reorganizarea Scoalei Naţionale de Poduri şi Şoşele, 10 ani dela înfiinţarea Şcoalei Politehnice - Şcoala Politehnică din Bucureşti, - ROMDOC-MUSEUM-1931-002 (321)  Scientific Bulletin Series D: Mechanical engineering - ROMDOC-Journal-2007-004

 

Rate this document:

Be the first to review this document.

Discuss this document:

Start a discussion about any aspect of this document.