【正文】 。在塔的任何地方RadFrac可以檢測和處理游離水相或其它第二液相RadFrac可在每級上處理固體； RadFrac可以處理離開任何級并返回到同一級或一個(gè)不同的級的中段回流；RadFrac可以模擬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的塔 反應(yīng)有固定轉(zhuǎn)化率或它們是：（1）平衡 ；（2）流率控制 ；（3）電解質(zhì) 。RadFrac也可以模擬帶有兩個(gè)液相和化學(xué)反應(yīng)同時(shí)發(fā)生的塔，對兩個(gè)液相使用不同的反應(yīng)動力學(xué)。另外RadFrac也可以模擬鹽析出。盡管RadFrac假定為平衡級你可以規(guī)定 Murphree效率或蒸發(fā)效率可以利用 Murphree效率滿足裝置性能；可以使用RadFrac去設(shè)計(jì)和核算有塔板和/或填料組成的塔RadFrac可以模擬亂堆填料和規(guī)則填料。 主要研究內(nèi)容本論文在對乙醇、水、苯混合體系的熱力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用化工模擬軟件ASPEN PLUS，以NRTLRK[4]方程作為物性計(jì)算方法，對乙醇、水、苯混合物的分離過程進(jìn)行了模擬計(jì)算，塔底產(chǎn)品中乙醇、苯和水的含量達(dá)到分離要求，以系統(tǒng)分離效果最佳為目標(biāo)，對精餾塔的重要工藝參數(shù)：回流比、夾帶劑的進(jìn)料量、塔板數(shù)、夾帶劑的進(jìn)料位置進(jìn)行了優(yōu)化，通過模擬分析確定了理想的工藝參數(shù)。2 乙醇、水、苯體系恒沸精餾過程的模擬 生產(chǎn)任務(wù)及工藝參數(shù)乙醇水的混合物的處理量為800t／y，F(xiàn)F2的進(jìn)料溫度為25℃,。物料組成如表21所示。表21 物流工藝參數(shù)項(xiàng) 目乙醇水苯進(jìn)料F1組成（%W）—進(jìn)料F2組成（%W）塔底出料（%W）≥99%—≤50ppm 過程模擬 模擬流程的建立在ASPEN PLUS軟件操作界創(chuàng)建RADFRAC精餾塔模塊，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我們繪制兩股進(jìn)料、塔頂和塔底兩股出料，進(jìn)料物流分別命名為F1和F2。其中F1是100㎏／h乙醇水的混合物，其質(zhì)量分率組成為：%，%。F2為57㎏／h含苯、乙醇和水的混合物，其質(zhì)量分率組成為：%，%，水1%。塔底出料物流命名為W，要求乙醇含量≥99%，苯殘留量≤50ppm。塔頂出料物流命名為D，設(shè)置如圖21。圖21 工藝流程圖 設(shè)置全局信息進(jìn)入模塊設(shè)置頁面，對ASPEN PLUS做全局設(shè)置、定義數(shù)據(jù)輸入輸出單位等，具體設(shè)置如圖22。ASPEN PLUS提供了英制、公斤米秒制、國際單位制三種單位制，輸入數(shù)據(jù)可以在輸入時(shí)改變單位，輸出報(bào)告則按在此選擇的單位制輸出。系統(tǒng)自身有一套默認(rèn)的設(shè)置。也可以根據(jù)要求來自己修改或定義包括單位及其他全局設(shè)置[5]，在這里選SICBAR單位制，其他使用系統(tǒng)默認(rèn)的設(shè)置。具體設(shè)置如圖22。圖22 全局信息設(shè)置圖 定義物流組分在“Components/Specifications”頁面下規(guī)定組分為乙醇、水、苯，如圖23。圖23 組分定義圖 定義物性方法物性方法是一批方法和模型，ASPEN PLUS用它們計(jì)算表熱力學(xué)物性和遷移性質(zhì)?？刹捎玫奈镄苑椒ㄓ欣硐胛镄苑椒ā顟B(tài)方程物性方法、活度系數(shù)物性方法、專用系統(tǒng)的物性方法等。由于乙醇、水的混合物屬于非理想體系，在本文中我們選用的物性方法為NRTLRK（NRTL為液相活度系數(shù)方法，RK為氣相活度系數(shù)方法），具體設(shè)置如圖24。 圖24 物性方法定義圖 定義進(jìn)料物流參數(shù) 對于所有的進(jìn)料物流，必須規(guī)定流率、組成、熱力學(xué)狀態(tài)。設(shè)置F1的初始估值為：進(jìn)料溫度20℃，,進(jìn)料流量為100㎏／h，各組分質(zhì)量分率參數(shù)[6],，具體設(shè)置圖25。 圖25 F1參數(shù)設(shè)置圖 設(shè)置進(jìn)料物流F2的初始估值為：進(jìn)料溫度20℃，,進(jìn)料流量為57㎏／h，,，具體設(shè)置圖26。 圖26 F2參數(shù)設(shè)置圖 定義模塊參數(shù)全局信息設(shè)置、組分、物性方法、在RadFrac模塊設(shè)置選項(xiàng)下輸入精餾塔塔板數(shù)為選擇冷凝器為全凝器、采用釜式再沸器，收斂方法采用標(biāo)準(zhǔn)方法[7]，在操作規(guī)定下規(guī)定餾出物質(zhì)量流率為69㎏/h，回流比為26，設(shè)置界面如圖27。 圖27 模塊參數(shù)設(shè)置圖設(shè)置F1和F2均從第6塊板加料，設(shè)置界面如圖28。圖28 進(jìn)料位置設(shè)置圖 在Radfrac/pressure下，stage1/condenser ，在stage pressure ，設(shè)置界面如圖29。圖29 塔壓設(shè)置圖 默弗里效率能直接反映單獨(dú)一塊塔板上傳質(zhì)的優(yōu)劣。在efficiencies/options頁面下規(guī)定效率類型（efficiency type）為默弗里效率（murphree efficiencies），方法（method）為規(guī)定全塔的效率（specify efficiencies for column sections），完成界面如圖210。圖210 默弗里效率設(shè)置圖 在efficiencies/，如圖211。圖211 塔效率設(shè)置圖 運(yùn)行模擬數(shù)據(jù)輸入完成后運(yùn)行程序，結(jié)果狀態(tài)顯示“Results Available”，即結(jié)果可用[8]，如圖212。圖212 結(jié)果輸出圖運(yùn)行完成后，可以查看streams、blocks等計(jì)算結(jié)果[9]，冷凝器的溫度和熱負(fù)荷如圖213。圖213 冷凝器結(jié)果圖再沸器的溫度和熱負(fù)荷如圖214。圖214 再沸器結(jié)果圖在目錄樹中選Model Analysis Tools 下的sensitivity選項(xiàng)對輸出結(jié)果進(jìn)行靈明度分析[10]，設(shè)置如圖215。圖215 乙醇純度優(yōu)化設(shè)置圖 以夾帶劑（F2）的進(jìn)料量為優(yōu)化對象，設(shè)置其上限為50㎏／h，下限為70㎏／h，具體設(shè)置如圖216。圖216 苯進(jìn)料量優(yōu)化設(shè)置圖以摩爾回流比為優(yōu)化對象，設(shè)置其上限為1，下限為30，具體設(shè)置如圖217。圖217 回流比優(yōu)化設(shè)置圖以夾帶劑（F2）的進(jìn)料位置為優(yōu)化對象，設(shè)置其上限為1，下限為20，具體設(shè)置如圖218。圖218 F2進(jìn)料位置優(yōu)化設(shè)置圖以精餾塔塔板數(shù)為優(yōu)化對象，設(shè)置其上限為1，下限為30，具體設(shè)置如圖219。圖219 塔板數(shù)優(yōu)化設(shè)置圖 優(yōu)化分析靈敏度分析是檢驗(yàn)一個(gè)過程如何變化的關(guān)鍵操作變量和設(shè)計(jì)變量反應(yīng)的一個(gè)工具。可以用它改變一個(gè)或多個(gè)流程變量并研究該變量對其它流程變量的影響。是做工況研究的一個(gè)最有用的工具?？梢杂渺`敏度分析來驗(yàn)證一個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)定的解是否在操作變量的變化范圍內(nèi)，還可以用它做簡單的過程優(yōu)化，是優(yōu)化后的變量更適合工業(yè)生產(chǎn)。在最佳操作參數(shù)下生產(chǎn)，能夠節(jié)省能耗，從而保證最少的消耗，生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。本文以100㎏／h乙醇和水混合物進(jìn)料為基準(zhǔn)，以苯為夾帶劑，通過計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算，考察恒沸精餾操作的幾個(gè)重要工藝參數(shù)對目標(biāo)產(chǎn)品的影響，最終得到最佳工藝操作參數(shù)。(1) 夾帶劑（F2）進(jìn)料量的影響 圖220是在一定的加熱負(fù)荷、回流比下，F(xiàn)2的加入量對塔底乙醇濃的影響，從圖中可以看出，隨著F2加入量的增大,乙醇濃度先增大后減小，當(dāng)F2的進(jìn)料量達(dá)到58㎏／h時(shí)，%，由此可以得到F2的最佳進(jìn)料量為58㎏／h時(shí),乙醇水恒沸體系可以達(dá)到很好的分離效果。 圖220 苯的進(jìn)料量與產(chǎn)品乙醇濃度關(guān)系圖（2）回流比的影響 回流比是精餾操作中的一個(gè)重要的操作參數(shù)，能夠調(diào)節(jié)塔底產(chǎn)品濃度，回流比越大，塔的分離能力增加，塔底無水乙醇產(chǎn)品濃度越高。但回流比太大會使操作費(fèi)用增加。因此選擇適宜的回流比，能夠降低生產(chǎn)成本。圖221是在一定條件下的回流比對產(chǎn)品純度的影響，從圖中可以看出回流比≤15，產(chǎn)品乙醇濃度增加很快，當(dāng)回流比＞25以后，乙醇濃度隨回流比的變化趨于平穩(wěn)，在回流比為25時(shí)，%且苯的含量亦達(dá)到分離要求，所以最佳回流比應(yīng)取25 。圖221 回流比與產(chǎn)品乙醇濃度關(guān)系圖（3）夾帶劑（F2）進(jìn)料位置的影響圖222是在一定條件下夾帶劑苯（F2）的進(jìn)料位置對產(chǎn)品純度的影響，從圖中可以看出，F(xiàn)2從第2塊塔板到第12塊塔板進(jìn)料時(shí)，對乙醇濃度影響不大，從第15塊塔板以下進(jìn)料，乙醇濃度隨著進(jìn)料位置的增大而減小。因?yàn)樵弦掖家?guī)定從第6塊塔板進(jìn)料。為方便起見，讓夾帶劑也從第6塊塔板進(jìn)料。圖222 夾帶劑進(jìn)料位置與產(chǎn)品乙醇濃度關(guān)系圖（4）塔板數(shù)的影響塔板數(shù)是精餾塔設(shè)計(jì)過程中一個(gè)重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。塔板數(shù)越多塔的分離效果越好，但是塔板數(shù)太多，會給精餾塔的加工帶來困難，在滿足生產(chǎn)要求的前提下，對塔板數(shù)與塔底乙醇濃的關(guān)系進(jìn)行優(yōu)化。由圖223可以看出塔板數(shù)在15以下，乙醇濃度隨塔板數(shù)的增加升高很快，當(dāng)塔板數(shù)大于20時(shí)乙醇濃度基本不隨塔板數(shù)的增加而增大，綜合考慮，取最佳塔板數(shù)為20塊。圖223 塔板數(shù)與產(chǎn)品乙醇濃度關(guān)系圖 塔內(nèi)情況模擬結(jié)果 在滿足工藝條件要求下，以100㎏／h質(zhì)量分率為：%，%的雙組分混合物(F1)為第一股進(jìn)料。以58㎏／h質(zhì)量分率為：%，%，水1%的三組分混合物（F2）為第二股進(jìn)料。摩爾回流比為25，夾帶劑進(jìn)料位置為6，塔板數(shù)為20，程序運(yùn)行后的最佳工藝參數(shù)輸出結(jié)果如下表22所示。 表22 各流股結(jié)果輸出表Strenm IDDF1F2WTemperature C Pressure bar Vapor Frac Mole Flow kmol/hr Mass Flow kg/hr Volume Flow cum/hrEnthalpy MMkcal/hrMass Flow kg/hr WATER ETHAN01 BENZE01Mass Frac WATER ETHAN01 BENZE0141PPMMole Flow kmol/hr WATER ETHAN01 BENZE01﹤Mole Frac WATER ETHAN01 BENZE0124PPMLiq Vol 60F cum/hr WATER ETHAN01 BENZE01TRACELiq Frac 60F WATER ETHAN01 BENZE0137PPM 3 結(jié)果與討論（1）由模擬結(jié)果可以看出，RADFRAC模塊匹配適當(dāng)?shù)膮?shù)，便可達(dá)到理想的分離效果，滿足操作要求。（2）以質(zhì)量分率為：%，%，水1%的苯的混合物為夾帶劑采用恒沸精餾可以實(shí)現(xiàn)對乙醇水恒沸體系的分離。在規(guī)定了生產(chǎn)任務(wù)和選定夾帶劑的條件下，精餾塔最佳工藝操作參數(shù)為：、，回流比為25，實(shí)際塔板數(shù)20塊、兩股物流的進(jìn)料板為第6塊塔板，%,乙醇中苯的含量為42ppm，達(dá)到了理想的分離效果。參考文獻(xiàn)[1] 能林．溶劑手冊[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1994．276，424[2] 劉正庚,[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與化學(xué)，1993,10(3):161170[3] 謝楊，沈慶楊. 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