DWSIM：蒸留塔計算、エタノール濃縮-供給段の影響

DWSIMでのエタノール濃縮プロセスについて供給段の影響についてのCase Studyを整理してみました。

DWSIM v6.4.7（執筆時）

以前に整理したエタノール濃縮の検討内容は、以下になります。

DWSIMの紹介は、以下になります。

プロセス状況を整理

５％エタノール水を70%upまで濃縮することを以前に検討してみた。

蒸留塔のプロセス構成としては、22段（コンデンサー、リボイラーを１段とカウント）で、供給段は、5段目（コンデンサーが1段目であるので、6段目になる。）、還流比は、0.5、リボイラーからの液量は、1858kg/hrとした。

詳細、設定ファイルは、上につけたリンクにあります。

Case Study

供給段を3段　～　15段目まで変動させたときにプロセスがどうなるか確認した。

設定項目は、Feed Stage（パラメータスタディの対象）、Reflux Ratio 0.5、Reboliler product 1858 kg/hrで計算し、リボイラー負荷[kW]、コンデンサ―負荷[kW]、エタノール濃縮の濃度、エタノールの回収率を整理すると以下のようになった。

結論としては、塔の3段目から供給した方が、より良い結果が得られることが予想されている。

設定方法としては、蒸留塔カラムモデルの設定画面において、

Configurationタブ　＞　Connectionsタブ ＞ Stream-Stage AssociationタブのPort Type : FeedのStage Locationを変えて、都度計算し、計算結果をスプレッドシートでまとめた。　

DWSIMには商用のプロセスシミュレーターのようにFeed Stageをパラメータスタディの対象とすることができなかったため、マニュアルで変更して値を控えての繰り返し作業を行った。

まとめ

蒸留塔モデルにおいて、供給段を変更するCase Studyをおこなった。

計算確認をした範囲では、目的とする操作に対しては、供給段を塔の上側に設定することが望ましい結果であった。

所感

蒸留塔の検討においては、塔頂濃度、塔底濃度を指定して、供給段を変化させることで、必要となる熱量のバラツキ（最も消費が少なくなる段）を確認するアプローチの方がイメージがしやすいと思う。

塔のスペック指定を濃度とすると、DWSIMは収束性がわるい傾向がある。還流比、リボイラーの焚き上げ比、または熱量を指定すると収束はしやすくなる。

小型の試験装置で、できる操作（供給段が真ん中からしかできないなどで）でトライしておくとシミュレーターの信頼性と実際の傾向を確認するなどもできるとおもう。傾向をつかむ（今回であれば供給段は上目になるのだろう）には十分ではないかな。

今回の結果は、正しいかは、別途商用ソフトでも確認をしておこうと思う。

蒸留プロセスの検討には、ショートカット法と呼ばれる方法もある。こちらでは、最適供給段と考えられる結果も得られる。こちらの機能についても紹介していきたいとおもう。

Optimization メニュー > Sensitivity Analysisから供給段のパラメータスタディを行いたかったが、項目としてないようであった。

DWSIMは、Python スクリプトを使って、計算フローの制御、値の抽出などもできるので、供給段に対するケーススタディは、そちらから行うことができると予想している。開発者に質問をしておこうと思う。