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1、萬方數(shù)據(jù)第27卷第6期20lO年6月28日計算機與應用化學ComputersandAppliedChemistryV
2、01．27．No．6June．2010基于Aspenplus萃取精餾的概念設計及優(yōu)化朱登磊，譚超，任根寬(宜賓學院化學與化工系，四川，宜賓，644007)摘要：本文利用AspenPlus軟件，以醋酸．水體系為例，概念設計和優(yōu)化萃取精餾過程。熱力學模型選擇NRTL活度系數(shù)方程和I-Iayden-O’Connell逸度系數(shù)方程，采用AspenPlus的DSTWU模塊，確定萃取精餾塔和溶劑回收塔的初始參數(shù)。在初始參數(shù)下，利用Aspen
3、Plus的RadFRac模塊對2塔精算，并利用Sensitivity模塊，分別優(yōu)化2塔的原料和萃取劑進料位置、回流比、萃取劑對原料的進料比等參數(shù)。設計和優(yōu)化結果為：萃取精餾塔塔板數(shù)為30，原料進料板為第8塊，萃取劑的進料板為第3塊，回流比為3，萃取劑與原料進料比(質量)為1．6：溶劑回收塔塔板數(shù)為20，進料板為第7塊，回流比為2。此參數(shù)下，利用RadFRae模塊進行全流程模擬，結果顯示，產品冰醋酸的質量分數(shù)達0．9975，2塔再沸器總熱負荷為6545kW，生產1t冰醋酸耗費蒸汽(1MPa)量為4．25t，與文獻報道的普通精餾過程相比，可節(jié)約能耗
4、52．23％。概念設計和優(yōu)化的結果對工業(yè)化設計和生產具備指導意義。關鍵詞：AspenplusPius；萃取精餾：醋酸；概念設計；優(yōu)化中圖分類號：TQ028文獻標識碼：A文章編號：1001-4160(2010)06—791．7951引言萃取精餾是利用添加萃取劑來增加2種難以分離物料的相對揮發(fā)度，使兩者容易通過精餾而分離的精餾過程。它作為分離共沸物，近沸點混合物及其他低相對揮發(fā)度混合物的技術，在化學工業(yè)中有著重要意義‘Ⅷ。AspenPlus是化工模擬軟件，該軟件經過20多年的改進、擴充和提高，已成為舉世公認的大型通用流程模擬系統(tǒng)。其功能齊全、規(guī)模龐
5、大，用嚴格的計算方法計算單元操作和全流程，為企業(yè)提供了準確的模型，目前已在世界范圍內廣泛使用‘5捌。本文利用AspenPlus軟件，以醋酸(HAt)一水體系的分離為例，概念設計和優(yōu)化萃取精餾過程。醋酸和水雖然不形成恒沸物，但二者的揮發(fā)度接近，用普通精餾工藝能耗較高，因此研究人員在不斷尋求更好的分離方法，采用萃取精餾法是方向之一f10-121。唐聰明㈣等用計算機輔助篩選和實驗驗證萃取精餾分離醋酸．水體系的合適萃取劑，確定N．甲基乙酰胺(NMA)、環(huán)丁砜為較優(yōu)萃取劑。本文因此選擇N．甲基乙酰胺為萃取劑，概念設計和優(yōu)化醋酸．水體系的萃取精餾過程，為進
6、一步的工程設計打下基礎。2模型建立2．1工藝流程萃取精餾分離醋酸．水體系的工藝流程如圖l所示。收稿日期：2009-09—10；修回日期：2009—12—23聯(lián)系人：朱登磊塔l為萃取精餾塔，醋酸．水和萃取劑N一甲基乙酰胺(NMA)分別從不同塔板進入，醋酸和水在塔中實現(xiàn)分離，沸點低的水從塔頂排出，醋酸在塔中被萃取劑NMA吸收，塔底醋酸和NmtA的混合液進入塔2溶劑回收塔。醋酸和萃取劑NMA在塔2中通過精餾而分離，塔頂為醋酸，塔底的NMA返回萃取精餾塔循環(huán)使用。本設計條件為：原料為醋酸質量分數(shù)55％的醋酸一水混合體系，流量為5000kg／hr，原料和
7、萃取劑均為泡點進料，操作壓力為常壓，產品為冰醋酸，純度≥99．5％。1-extractivedistillationcolumn2-recovecycolumnFig．1Progcssflowdiagramofextractivedistillation．圖I萃取精餾工藝流程圖2．2選擇熱力學模型使用AspenPlus軟件計算時，選擇熱力學模型尤為重要，其正確與否直接影響計算的物理性能的準確程度，并影響計算結果的精確度。精餾設計中，重要的是計算汽．液平衡，基本的汽．液平衡關系表示如下【14】：堿yiP=xtYd*／萬方數(shù)據(jù)計算機與應用化學201
8、0，27(6)汽相逸度系數(shù)∥是由狀態(tài)方程計算出來的，液相活度系數(shù)托是由活度系數(shù)模型計算，因此，選擇合適的熱力學模型計算活度系數(shù)和逸度系數(shù)，對設計的準確性有重要影響。2．2．1活度系數(shù)模型AspenPlus中可供選擇的活度系數(shù)模型，主要有NgTL、UNIFAC、UNIQUAC、VanLaar、Wilson[”1等。其中NRTL模型能模擬極性和非極性化合物的混合物，甚至很強的非理想體系的VLE和LLE，故本設計醋酸一水體系的活度系數(shù)模型選擇NRTL。NRTL模型的方程為‘16。17】：岍譽+j∑主Aj鬟v／j．卜嚳]蚍5靠+?．1曠畝J其中：島=e
9、xp(-a口rU)’q=吣+b4
10、T+eqlnT+{一嘞=勺+毛(r一273．15K)模型需要二元參數(shù)a{『、b口、勺、西、勺和力，在AspenPlu
