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Optimal design of extractive dividing-wall column using an efficient equation-oriented approach

Frontiers of Chemical Science and Engineering 2021年第1期15卷 72-89页

作者： Yingjie Ma Nan Zhang Jie Li Cuiwen Cao Centre for Process Integration Department of Chemical Engineering and Analytical ScienceSchool of EngineeringThe University of ManchesterManchester M139PLUK Key Laboratory of Advanced Control and Optimization for Chemical Processes(Ministry of Education) East China University of Science and TechnologyShanghai 200237China

The extractive dividing-wall column(EDWC)is one of the most efficient technologies for separation of azeotropic or close boiling-point mixtures,but its design is fairly challenging.In this paper we extend the hybrid feasible path optimisation algorithm(Ma Y,McLaughlan M,Zhang N,Li J.Computers&Chemical Engineering,2020,143:107058)for such optimal design.The tolerances-relaxation integration method is refined to allow for long enough integration time that can ensure the solution of the pseudo-transient continuation simulation close to the steady state before the required tolerance is used.To ensure the gradient and Jacobian information available for optimisation,we allow a relaxed tolerance for the simulation in the sensitivity analysis mode when the simulation diverges under small tolerance.In addition,valid lower bounds on purity of the recycled entrainer and the vapour flow rate in column sections are imposed to improve computational efficiency.The computational results demonstrate that the extended hybrid algorithm can achieve better design of the EDWC compared to those in literature.The energy consumption can be reduced by more than 20%compared with existing literature report.In addition,the optimal design of the heat pump assisted EDWC is achieved using the improved hybrid algorithm for the first time.

关键词： design extractive dividing-wall column equation-oriented optimisation pseudo-transient continuation model hybrid algorithm

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