This study aimed to design energy-efficient systems of reactive distillation for the simultaneous production of methyl tert-butyl ether (MTBE) and ethyl tert-butyl ether (ETBE) from mixed feeds of methanol and ethanol. The first design is the individual production of two ethers where two reactive distillation columns were proposed for the production of each ether after feed alcohol separation while the co-production system of both ethers was introduced in a single reactive distillation column without the alcohol separation. Rigorous Simulations of the two proposed systems were conducted with the varying ratios of two alcohols occurring in actual process streams.
When the amount of methanol was higher than ethanol, the co-production system exhibited better performance than the individual ether production system since the temperature inside the alcohol separation column was lower, resulting in a lower relative volatility of methanol and an increased heat duty in the alcohol separation column. Contrarily, when the amount of ethanol was higher than methanol, the individual production system showed better performance than the co-production system due to the unfavorable reaction equilibrium of ETBE production, causing a high internal flowrate in the co-production RD column. The external heat exchanger was introduced to the individual production system and co-production system, leading to decline in the reboiler utility consumption. Consequently, heat integrated system shows enhanced performance compared to the system which is not heat integrated.
본 연구는 메탄올과 에탄올의 혼합 피드 공정으로부터 메틸 삼차 부틸 에테르와 에틸 삼차 부틸 에테르 동시생산 반응 증류 공정의 설계를 진행했다. 알코올의 분리 이후에 각각의 에테르를 생산하는 반응 증류 탑의 설계를 하는 개별 생산 시스템과, 두 종류의 에테르를 단일 반응 증류 탑에서 생산하는 동시 생산 시스템을 설계하였다. 두가지 제안된 시스템은 메탄올과 에탄올의 비율을 바꾸어 가며 엄밀하게 시뮬레이션 되었다. 메탄올의 양이 에탄올보다 많은 경우, 동시 생산 시스템은 개별 에테르 생산 시스템보다 성능이 우수하였다. 이는 알코올 분리 컬럼 내부 온도가 낮아져 메탄올의 상대 휘발성이 낮아지고 알코올 분리 컬럼에서 열 요구량이 증가하기 때문이다. 반면, 에탄올의 양이 메탄올보다 높은 경우, 에틸 삼차 부틸 에테르 생산의 불리한 반응 평형으로 인해, 동시 생산 시스템에서 내부 유량이 높아져 개별 에테르 생산 시스템의 성능이 동시 생산 시스템 보다 우수하였다. 외부 열교환기는 개별 생산 시스템과 동시 생산 시스템에 도입되어
리보일러의 유틸리티 소비를 감소시켰다. 결과적으로, 열 통합 시스템은 열 통합이 이루어지지 않은 시스템과 비교하여 향상된 성능을 보여주었다.
