【正文】 分類號： 單位代碼： 108 密 級： 一 般 學(xué) 號：1080207014009 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題 目：乙醇水苯體系恒沸精餾過程模擬延安大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。作者簽名：　 日期： 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明學(xué)位論文作者完全了解延安大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本科生在校攻讀學(xué)士學(xué)位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬延安大學(xué)，學(xué)生公開發(fā)表需經(jīng)指導(dǎo)教師同意。學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件，允許學(xué)位論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。保密論文注釋：本學(xué)位論文屬于保密范圍，在 2 年解密后適用本授權(quán)書。非保密論文注釋：本學(xué)位論文不屬于保密范圍，適用本授權(quán)書。作者簽名： 日期： 導(dǎo)師簽名： 日期： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日目 錄1 前言 1 乙醇—水—苯體系簡介 1 恒沸精餾原理簡介 1 夾帶劑的選擇要求簡述 1 化工流程模擬系統(tǒng)簡述 2 ASPEN PLUS流程模擬軟件簡介 2 本設(shè)計(jì)中用到的RadFrac—嚴(yán)格法精餾單元模塊介紹 3 主要研究內(nèi)容 42 乙醇、水、苯體系連續(xù)常壓恒沸精餾過程的模擬 5 生產(chǎn)任務(wù)及工藝參數(shù) 5 過程模擬 5 5.................................................5 6 7................................................ 7 8 運(yùn)行模擬 11 結(jié)果優(yōu)化 12 12 15 塔內(nèi)情況模擬結(jié)果 173 結(jié)果與討論 19參考文獻(xiàn) 20謝 辭 21附 錄 乙醇水苯恒沸精餾過程模擬和優(yōu)化輸出結(jié)果 2252乙醇—水—苯體系恒沸精餾過程模擬摘　要：共沸精餾是常用的化工分離方法之一，常用于恒沸物或近恒沸物的分離。本文運(yùn)用Aspen Plus軟件，采用NRTLRK活度系數(shù)方程作為物性計(jì)算方法，對以苯為夾帶劑的共沸精餾脫水塔進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬，得到了最佳工藝參數(shù)：塔頂采出量為69㎏/h,返回苯相量為58㎏/h，回流比為25，兩股物流（FF2）進(jìn)料位在第6塊塔板，精餾塔塔板數(shù)為20塊時(shí)得到了符合要求的產(chǎn)品：塔底產(chǎn)品乙醇≥ 99%w,苯≤50ppm。關(guān)鍵詞: ASPEN PLUS； 流程模擬； 恒沸精餾；夾帶劑；優(yōu)化； Simulation of the Azeotropic Distillation of Ethanolwaterbenzene SystemAbstract：Azeotropic distillation technique is an important way to chemical separation, usually for closeboiling or azeotropic system. In this paper, the azeotropic rectification dehydration tower with benzene as entrainer was simulated by Aspen plus. To provide data for simulation, the activity coefficients were calculated by NRTLRK equation. The optimal technical parameters were obtained as follows: the number of the theoretical plates was 20, both of the two streams were fed at 6th stage, the output quantity of top tower was 69 kg/h, return benzene phasor was 58 kg/h and reflux ratio was 25. The bottom product met the requirement ethanol purity was ≥ %w and that of benzene was ≤50 ppm. Keywords: ASPEN PLUS。 Process simulation。 Azeotropic distillation。 Optimization。 1 前言 乙醇—水—苯體系簡介常壓下乙醇、水、苯均為液體，℃，水的沸點(diǎn)是100℃，℃[1]。%，%時(shí)乙醇和水的混合物形成乙醇水二元恒沸體系?！?不能用普通精餾方法將之分離。此時(shí)以苯為夾帶劑用恒沸精餾法將乙醇中的水脫除使乙醇濃度達(dá)到生產(chǎn)要求。 恒沸精餾原理簡介在被分離溶液中加入第三組分以改變原溶液中各組分間的相對揮發(fā)度而實(shí)現(xiàn)分離，如果加入的第三組分能和原溶液中的一種組分形成最低恒沸物，以新的恒沸物形式從塔頂蒸出，稱為恒沸精餾。如果雙組分溶液A、B的相對揮發(fā)度很小，或具有均相恒沸物，此時(shí)可加入某種添加劑C（又稱挾帶劑）進(jìn)行精餾。此挾帶劑C與原溶液中的一個(gè)或兩個(gè)組分形成新的恒沸物（AC或ABC），該恒沸物與純組分B（或A）之間的沸點(diǎn)差較大，從而可較容易地通過精餾獲得純B（或A）。 醇、水、苯三種物質(zhì)常壓下的沸點(diǎn)如表11。表１1　乙醇－水－苯三元共沸物性質(zhì)項(xiàng) 目共沸點(diǎn)（℃）共沸物組成（w%）乙醇水 苯乙醇－水－苯 乙醇－苯 苯－水 乙醇－水 夾帶劑的選擇要求簡述在選擇夾帶劑時(shí)，除應(yīng)考慮以上所述的分離難易與完全程度外，還要考慮一些工藝問題和經(jīng)濟(jì)效益問題。 　　(1) 夾帶劑用量要少。 (2) 夾帶劑要容易回收。(3) 應(yīng)具有好的物理、化學(xué)性能。如熱穩(wěn)定性、無腐蝕、無毒，保證工藝和技術(shù)上的可行性。 (4) 價(jià)格低廉，容易得到，經(jīng)濟(jì)性好。 化工流程模擬系統(tǒng)簡述將多個(gè)單元過程組成的化工過程用數(shù)學(xué)模型表現(xiàn),在計(jì)算機(jī)上解算其物料及能量衡算、并可進(jìn)一步計(jì)算各單元設(shè)備尺寸及成本的模擬稱之為過程模擬, 經(jīng)過多年的發(fā)展已成為一種普遍采用的常規(guī)手段,廣泛應(yīng)用于化工過程的研究開發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)操作的控制與優(yōu)化,操作工的培訓(xùn)和老廠技術(shù)改造?；み^程模擬系統(tǒng)可分為穩(wěn)態(tài)模擬系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng),從應(yīng)用范圍又可分為專用和通用化工過程模擬系統(tǒng)。但不管是哪一種系統(tǒng)都應(yīng)具有系統(tǒng)模型、物性數(shù)據(jù)和解算方法三個(gè)核心環(huán)節(jié),而且所用基本方法也大致相同。過程模擬技術(shù)在科研和生產(chǎn)中的應(yīng)用主要可以概括為以下幾個(gè)方面：(1) 改進(jìn)裝置操作條件,降低操作費(fèi)用,提高產(chǎn)品質(zhì)量；(2) 指導(dǎo)裝置開工,節(jié)省開工費(fèi)用,縮短開工時(shí)間；(3) 在科研開發(fā)中用過程模擬系統(tǒng)進(jìn)行小試之后中試之前的概念設(shè)計(jì)；(4) 在新過程設(shè)計(jì)中工廠在不同的操作條件下的性能評價(jià)；(5) 在節(jié)能上,用“夾點(diǎn)技術(shù)”對一般化工廠能量回收系統(tǒng)進(jìn)行分析,可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能20%～30%；(6) 分析裝置“瓶頸”,為設(shè)備檢修與設(shè)備更換提供依據(jù)[2]。 ASPEN PLUS流程模擬軟件簡介ASPEN PLUS是大型通用流程模擬系統(tǒng)， 源起于美國能源部于七十年代后期在麻省理工學(xué)院組織會戰(zhàn)，要求開發(fā)新型第三代流程模擬軟件。這個(gè)項(xiàng)目稱為“先進(jìn)過程工程系統(tǒng)”（Advanced System for Process Engineering）簡稱ASPEN。這一大型項(xiàng)目由MIT主持、能源部資助、55個(gè)高校和公司參與開發(fā)。這一大型項(xiàng)目于1981年底完成。1982年Aspen Tech公司成立將其商品化，稱為ASPEN PLUS。成為全世界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)大型流程模擬軟件，用戶接近幾千個(gè)。 全世界各大化工、石化生產(chǎn)廠家及著名工程公司都是ASPEN PLUS的用戶。它以嚴(yán)格的機(jī)理模型和先進(jìn)的技術(shù)贏得廣大用戶的信賴，它具有以下特性：第一，ASPEN PLUS使用最新的軟件工程技術(shù)通過它的Microsoft Windows圖形界面和交互式客戶服務(wù)器模擬結(jié)構(gòu)使得工程生產(chǎn)力最大。 第二，ASPEN PLUS擁有精確模擬范圍廣泛的實(shí)際應(yīng)用所需的工程能力， 這些實(shí)際應(yīng)用包括從煉油到非理想化學(xué)系統(tǒng)到含電解質(zhì)和固體的工藝過程。ASPEN PLUS是基于序貫?zāi)K法的穩(wěn)態(tài)過程模擬軟件，具有完備的物性數(shù)據(jù)庫，內(nèi)含1773種有機(jī)物、2450種無機(jī)物、3314種固體物、900種水溶電解質(zhì)的基本物性參數(shù)，具有豐富的狀態(tài)方程和活度系數(shù)方法?！　SPEN PLUS 是唯一獲準(zhǔn)與DECHEMA 數(shù)據(jù)庫接口的軟件。該數(shù)據(jù)庫收集了世界上最完備的氣液平衡和液液平衡數(shù)據(jù)，共計(jì)二十五萬多套數(shù)據(jù)。用戶也可以把自己的物性數(shù)據(jù)與ASPEN PLUS 系統(tǒng)連接。ASPEN PLUS 產(chǎn)品線比較長，集成能力很強(qiáng)。它是ASPEN 工程套件（AES）的一個(gè)組份。AES 是集成的工程產(chǎn)品套件，有幾十種產(chǎn)品。以ASPEN PLUS 的嚴(yán)格機(jī)理模型為基礎(chǔ)，形成了針對不同用途、不同層次的AspenTech家族軟件產(chǎn)品，并為這些軟件提供一致的物性支持。 在實(shí)際應(yīng)用中，ASPEN PLUS可以幫助工程師解決快速閃蒸計(jì)算、設(shè)計(jì)一個(gè)新的工藝過程、查找一個(gè)原油加工裝置的故障或者優(yōu)化一個(gè)乙烯全裝置的操作等工程和操作的關(guān)鍵問題。流程模擬的優(yōu)越性有以下幾點(diǎn)： （1）進(jìn)行工藝過程的能量和質(zhì)量平衡計(jì)算； （2）預(yù)測物流的流率、組成和性質(zhì)；（3）預(yù)測操作條件、設(shè)備尺寸； （4）縮短裝置設(shè)計(jì)時(shí)間，允許設(shè)計(jì)者快速地測試各種裝置的配置方案； （5）幫助改進(jìn)當(dāng)前工藝；（6）在給定的限制條件內(nèi)優(yōu)化工藝參數(shù)；（7）輔助確定工藝約束部位(消除瓶頸)； （8）回答 “如果…那會怎樣” 的問題[3]。ASPEN PLUS根據(jù)模型的復(fù)雜程度，支持規(guī)模工作流?？梢詮暮唵蔚?、單一的裝置流程到巨大的、多個(gè)工程師開發(fā)和維護(hù)的整廠流程。分級模塊和模板功能使模型的開發(fā)和維護(hù)非常簡單。ASPEN PLUS 提供了單元操作模型到裝置流程模擬。這些模型的可靠性和增強(qiáng)功能已經(jīng)經(jīng)過20多年經(jīng)驗(yàn)的驗(yàn)證和數(shù)以百萬計(jì)例子的證實(shí)?！　SPEN PLUS 在整個(gè)工藝裝置的從研發(fā)、工程到生產(chǎn)生命周期中，提供了經(jīng)過驗(yàn)證的巨大的經(jīng)濟(jì)效益。它將穩(wěn)態(tài)模型的功能帶到工程桌面，傳遞著無與倫比的模型功能和方便使用的組合。利用ASPEN PLUS，公司可以設(shè)計(jì)、模擬、瓶頸診斷和管理有效益的生產(chǎn)裝置。 本設(shè)計(jì)中用到的RadFrac—嚴(yán)格法精餾單元模塊介紹 RadFrac 是一個(gè)嚴(yán)格模型用于模擬所有類型的多級氣液精餾操作，這些操作包括：（1）一般精餾；（2）吸收；（3）再沸吸收；（4）汽提；（5）再沸汽提；（6）萃取和共沸蒸餾。RadFrac適用于：（1）兩相蒸餾體系 ；（2）三相蒸餾體系 ；（3）窄沸程和寬沸程體系；（4）液相具有非理想性強(qiáng)的體系