【正文】 感謝大學(xué)四年來所有的化工學(xué)院老師，是 你們 傳授了我知識(shí)，使我掌握了豐富的 專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，為我畢業(yè)論文的順利完成提供了非常重要的理論基礎(chǔ)，也為我以后的工作注入了活力和動(dòng)力。 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： 乙醇 %，水 %的 雙組分 混合物 (F1)為第一股進(jìn)料 。因此選擇適宜的回流比，能夠降低生產(chǎn)成本?？梢杂盟淖円粋€(gè)或多個(gè)流程變量并研究該變量對(duì)其它流程變量的影響。 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 25 F1參數(shù)設(shè)置圖 8 設(shè)置進(jìn)料物流 F2 的初始估值為：進(jìn)料溫度 20℃ ，壓力為 ,進(jìn)料流量為 57㎏／ h， 各組分質(zhì)量分率參數(shù) 為水 ,乙醇 ，苯 ，具體設(shè)置 圖 26。 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。 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 5 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。 4 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 ?？梢詮暮?jiǎn)單的、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。用戶也可以把自己的物性數(shù)據(jù)與 ASPEN PLUS 系統(tǒng)連接。 1982年 Aspen Tech公司成立將其商品化，稱為 ASPEN PLUS。 化工流程模擬系統(tǒng)簡(jiǎn)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。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）。 Azeotropic distillation。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。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。 分類號(hào)： 單位代碼： 108 密 級(jí)： 一 般 學(xué) 號(hào)： 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。 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。 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(guó)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。 Optimization。 醇、水、苯三種 物質(zhì)常壓下的沸點(diǎn) 如表 11。 化工過程模擬系統(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)。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)。 ASPEN PLUS 產(chǎn)品線比較長(zhǎng)，集成能力很強(qiáng) 。分級(jí)模塊和模板功能 使 模型的開發(fā)和維護(hù)非常簡(jiǎn)單。 在塔的任何地方 RadFrac可以檢測(cè)和處理游離水相或其它第二液相 RadFrac可在每級(jí)上處理固體 ； RadFrac可以處理離開任何級(jí)并 返回到同一級(jí)或一個(gè)不同的級(jí)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) 。其中 F1 是 100 ㎏／ h 乙醇 水 的混合物， 其質(zhì)量分率組成為：乙醇 %，水 %。 具體設(shè)置 如圖 22。 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 213 冷凝器結(jié)果圖 12 再沸器的溫度和熱負(fù)荷 如圖 214。是做工況研究的一個(gè)最有用的工具。圖 221 是在一定條件下的回流比對(duì)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， 16 乙醇濃度 隨回流比 的 變化 趨于平穩(wěn) ， 在回流比為 25 時(shí) ， 乙醇濃度為 %且 苯的含量 亦達(dá)到 分離 要求，所以 最佳回流比 應(yīng) 取 25 。 以 58 ㎏／ h 質(zhì)量分率為： 苯 %，乙醇 %，水 1%的 三組分 混合物 （ F2） 為第二股進(jìn)料 。 感謝我的父母 ，沒有你們，就沒有我的今天，你們的支持與鼓勵(lì)，永遠(yuǎn)是支撐我前進(jìn)的最大動(dòng)力。我要在這里對(duì)他們表示深深的謝意！ 感謝 張耀霞老師 ，沒有您的悉心指導(dǎo)就沒有這篇論文的順利完成 。 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。但回流比太大會(huì)使操作費(fèi)用增加。 圖 219 塔板數(shù)優(yōu)化設(shè)置圖 15 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 。 圖 211 塔效率設(shè)置圖 11 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。設(shè)置 F1 的初始估值為：進(jìn)料溫度 20℃ ，壓力為 ,進(jìn)料流量為 100㎏／ h， 各 組分質(zhì)量分率 參數(shù) [6]為水 ,乙醇 ，具體設(shè)置 圖 25。系統(tǒng)自身有一套默認(rèn)的設(shè)置。 物料組成如表 21 所示 。 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(jí)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 。 ASPEN PLUS根據(jù)模型的復(fù)雜程度，支持規(guī)模工作流。該數(shù)據(jù)庫(kù)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)。 這一大型項(xiàng)目于 1981年底完成。 2 (4) 價(jià)格低廉，容易得到，經(jīng)濟(jì)性 好。 如果雙組分溶液 A、 B 的相對(duì)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。 Process simulation。對(duì)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。 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。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。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。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(kù)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。 1 1 前言 乙醇 — 水 — 苯體系簡(jiǎn)介 常壓下 乙醇 、水、 苯 均為液體， 乙醇 的沸點(diǎn)為 ℃ ， 水的沸點(diǎn)是 100℃， 苯 的沸點(diǎn)是 ℃ [1]。 表１ 1 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(jiǎn)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。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。 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 是 ASPEN 工程套件（ AES）的一個(gè)組份。 ASPEN PLUS 提供了單元操作模型到裝置流程模擬。 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(duì)兩個(gè)液相使用不同的反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 。 F2 為 57 ㎏／ h 含苯、乙醇和水的混合物 ， 其 質(zhì)量分率 組成為 ： 苯 %，乙醇 %，水 1%。 6 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 27 模塊參數(shù) 設(shè)置 圖 9 設(shè)置 F1 和 F2 均從第 6 塊板加料，設(shè)置界面如圖 28。 圖 214 再沸器結(jié)果圖 結(jié)果優(yōu)化 優(yōu)化設(shè)置 在目錄樹中選 Model Analysis Tools 下的 sensitivity 選項(xiàng)對(duì)輸出結(jié)果進(jìn)行靈明度分析 [10]， 設(shè)置如圖 215?？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(jiǎn)單的過程優(yōu)化，是優(yōu)化后的變量更適合工業(yè)生產(chǎn)。 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(duì)產(chǎn)品純度的影響，從圖中可以看出， F2 從第 2 塊塔板到第 12 塊塔板 進(jìn)料時(shí) ，對(duì)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。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 。 感謝身邊所有的朋友與同學(xué)，謝謝你們四年來的關(guān)照與寬容，與你們一起走過的繽紛時(shí)代，將會(huì)是我一生最珍貴的回憶。 20 參考文獻(xiàn) [1] 能林．溶劑手冊(cè) [M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 1994． 276， 424 [2] 劉正庚 ,趙建華 .過程模擬技術(shù) [J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與化學(xué)， 1993,10(3):161170 [3] 謝楊，沈慶楊 . ASPEN PLUS 化工模擬系統(tǒng)在精餾過程中的應(yīng)用 .化工生產(chǎn)與技術(shù) 1999， 6（ 3） [4] 陳鐘秀 ,顧飛燕 ,胡望明 .化工熱力學(xué) [M].北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 ,2020 [5] 張哲，盧濤 .基于 ASPEN PLUS 的常壓蒸餾裝置流程優(yōu)化 北京化工大學(xué)學(xué)報(bào) Vol. 36 , [6] 陳敏恒 ,從德滋 ,方圖南 .化工原理（下冊(cè)） [M].北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 ,2020 [7] 陳銀生，應(yīng)于舟 .Aspen工程軟件在甲醇精餾工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 石油與天然氣化工 2020， 34（ 4） [8] Yang B L , Wu J , Zhao G S , et al. Multiplicity analysisin reactive distillation column using ASPEN PLUS[J ] .Chinese Journal of Chemical Engineering , 2020 ,14 (3) [9] Seyab A R K, Cao Y. Comput Chem Eng[J], 2020 ,(32) : 153321545. [10]李立碩，韋藤幼，楊海敬，童張法 .釀酒科技 2020