四氢呋喃现有四氢呋喃-乙醇-水的混合物溶剂需要分离回收

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1、《分离工程Ⅱ》研究性课题现有四氢呋喃现有四氢呋喃-乙醇-水的混合物溶剂需要分离回收，其含量为（质量分数）：四氢呋喃0.936，乙醇0.0635，水0.0005，流率为300kg/h。要求把混合物分离为四氢呋喃与乙醇两股产品，其中：（1）四氢呋喃中的乙醇含量低于0.0005，水低于0.0007；（2）四氢呋喃与乙醇的质量回收率大于0.93。公用工程自己合理选择。1.分离方法的选择四氢呋喃和乙醇都是有用的有机化工原料，大量应用于工业生产中。四氢呋喃是一类杂环有机化合物。它是强的极性醚类之一，在化学反应和萃取时用做一种中等极性的溶

2、剂。无色易挥发液体，有类似乙醚的气味。溶于水、乙醇、乙醚等，常压下沸点为65℃。乙醇是一种常见有机物，能与水任意比混溶，常压下沸点为78.8℃。在Aspenplus中使用tools-ConceptualDesign-AzeotropeSearch工具对四氢呋喃、水、乙醇形成的三元物系进行分析，得出该三元物系两两组合都可形成共沸物，如下图1-1所示。因为进料当中水的质量分数很小，只有0.0005，所以主要考虑四氢呋喃与乙醇形成的共沸物的分离。由分离工程的知识可知，对于共沸物体系，通常不能采用普通精馏分离，而需要采用特殊精馏进行

3、有效分离。通过查阅文献，我了解到目前对于四氢呋喃和乙醇的分离方法主要包括萃取精馏[1,2,3]和高低压双塔精馏[4,5,6]。萃取精馏通过向体系添加萃取剂而选择性分离出一种物质，但是缺点是需要分离出萃取剂，同时需要补充萃取剂而可能在产品里引入新的杂质。高低压双塔精馏和萃取精馏一样也需要两座塔，但是不需要引入另一种物质，而只需通过改变塔压来改变共沸物的组成实现有效分离，原理简单，操作易行，不会在产品中引入新的杂质。因而高低压双塔精馏比萃取精馏更具可行性。在方法比较的基础上，我选择高低压双塔精馏来实现该体系的分离，并借助Aspe

4、nPlus流程模拟软件实现工艺计算。图1-1常压下四氢呋喃、乙醇、水三元物系形成的共沸物2.可行性说明根据文献[6]中的分离过程，选择一座低压塔(1atm)和一座高压塔(8atm)联合操作。由于乙醇和四氢呋喃液相极性差异大，又因涉及加压操作，可选择Radlishh-Kwong方程计算气相的非理想性，选择NRTL计算液相的非理想性，故选用NRTL-RK方程计算平衡性质。从图2-1中可以看出，常压下四氢呋喃-乙醇的共沸组成为四氢呋喃为90%、乙醇为10%。随着压力的增加，当压力增加到8atm时四氢呋喃在液相中的含量减少，较大程度

5、地改变了其常压下共沸点，形成新的共沸组成，共沸组成如图2-2所示。当压力为8atm时，物系共沸组成为四氢呋喃35%和乙醇65%。图2-1常压条件下四氢呋喃-乙醇Txy相图图2-21333KPa下四氢呋喃-乙醇Txy相图从图中容易看出压力升高之后四氢呋喃乙醇共沸体系右移，因此我们可利用压力不同的两塔进行变压共沸精馏以所要求的分离目的。把题目给定的分离数据进料组成、两个共沸点数据标绘到图上，如图2-3所示。分离流程为在高压塔输入原料，高压塔顶共沸物D1作为低压塔的进料，低压塔顶共沸物再返回到高压塔，由此构成循环。在高压塔底得到四

6、氢呋喃，在低压塔低得到乙醇，这样不用共沸剂，采用双塔精馏实现共沸物的分离。图2-3四氢呋喃乙醇在两个压力下温度组成图D1-高压塔塔顶共沸物；D2-低压塔塔顶共沸物3.分离流程3.1.基本设置两塔的理论板数和进料位置可由经验初步确定，然后根据分离要求，依据能耗最小的原则，采用软件的优化功能（灵敏度分析、设计规定等）确定理论塔板数和进料位置等参数。步骤1：全局性参数设置。新建Aspen文件，在“setup”页进行模拟基本设置，模拟类型选择“flowsheet”，如下图3-1所示。图3-1全局性参数设置单击“Next”按钮，进入组

7、分输入窗口，在“ComponentID”中输入四氢呋喃、乙醇、水。步骤2：选择物性方法。同时在“Properties

8、parameters”页面确认NRTL-RK方程的二元交互作用参数。步骤3：绘制相图。单击“Tools

9、Analysis

10、Property

11、Binary”工具条，打开绘制相图窗口，在“Analysistype”栏目下选择“Txy”，表示绘制温度组成相图。在“Pressure”栏目下选择“Listofvalues”，在空格处填写压力值，如图3-2所示。单击“Go”按钮，绘图结果如图2-3所示。图3-2设置绘制相

12、图窗口步骤4：绘制流程图。由以上分析，设计高低压双塔精馏分离四氢呋喃与乙醇共沸物的流程见图3-3。因为两塔压差较大，操作温度相差亦较大。低压塔顶共沸物进入高压塔之前需要升温，高压塔顶共沸物进入低压塔之前需要降温，因此在流程图上增加一台循环泵和两台换热器。原料从高压塔(8atm)输入，塔顶得