基于Aspen+plus萃取精馏的概念设计及优化.pdf

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1、万方数据第27卷第6期20lO年6月28日计算机与应用化学ComputersandAppliedChemistryV

2、01．27．No．6June．2010基于Aspenplus萃取精馏的概念设计及优化朱登磊，谭超，任根宽(宜宾学院化学与化工系，四川，宜宾，644007)摘要：本文利用AspenPlus软件，以醋酸．水体系为例，概念设计和优化萃取精馏过程。热力学模型选择NRTL活度系数方程和I-Iayden-O’Connell逸度系数方程，采用AspenPlus的DSTWU模块，确定萃取精馏塔和溶剂回收塔的初始参数。在初始参数下，利用Aspen

3、Plus的RadFRac模块对2塔精算，并利用Sensitivity模块，分别优化2塔的原料和萃取剂进料位置、回流比、萃取剂对原料的进料比等参数。设计和优化结果为：萃取精馏塔塔板数为30，原料进料板为第8块，萃取剂的进料板为第3块，回流比为3，萃取剂与原料进料比(质量)为1．6：溶剂回收塔塔板数为20，进料板为第7块，回流比为2。此参数下，利用RadFRae模块进行全流程模拟，结果显示，产品冰醋酸的质量分数达0．9975，2塔再沸器总热负荷为6545kW，生产1t冰醋酸耗费蒸汽(1MPa)量为4．25t，与文献报道的普通精馏过程相比，可节约能耗

4、52．23％。概念设计和优化的结果对工业化设计和生产具备指导意义。关键词：AspenplusPius；萃取精馏：醋酸；概念设计；优化中图分类号：TQ028文献标识码：A文章编号：1001-4160(2010)06—791．7951引言萃取精馏是利用添加萃取剂来增加2种难以分离物料的相对挥发度，使两者容易通过精馏而分离的精馏过程。它作为分离共沸物，近沸点混合物及其他低相对挥发度混合物的技术，在化学工业中有着重要意义‘Ⅷ。AspenPlus是化工模拟软件，该软件经过20多年的改进、扩充和提高，已成为举世公认的大型通用流程模拟系统。其功能齐全、规模庞

5、大，用严格的计算方法计算单元操作和全流程，为企业提供了准确的模型，目前已在世界范围内广泛使用‘5捌。本文利用AspenPlus软件，以醋酸(HAt)一水体系的分离为例，概念设计和优化萃取精馏过程。醋酸和水虽然不形成恒沸物，但二者的挥发度接近，用普通精馏工艺能耗较高，因此研究人员在不断寻求更好的分离方法，采用萃取精馏法是方向之一f10-121。唐聪明㈣等用计算机辅助筛选和实验验证萃取精馏分离醋酸．水体系的合适萃取剂，确定N．甲基乙酰胺(NMA)、环丁砜为较优萃取剂。本文因此选择N．甲基乙酰胺为萃取剂，概念设计和优化醋酸．水体系的萃取精馏过程，为进

6、一步的工程设计打下基础。2模型建立2．1工艺流程萃取精馏分离醋酸．水体系的工艺流程如图l所示。收稿日期：2009-09—10；修回日期：2009—12—23联系人：朱登磊塔l为萃取精馏塔，醋酸．水和萃取剂N一甲基乙酰胺(NMA)分别从不同塔板进入，醋酸和水在塔中实现分离，沸点低的水从塔顶排出，醋酸在塔中被萃取剂NMA吸收，塔底醋酸和NmtA的混合液进入塔2溶剂回收塔。醋酸和萃取剂NMA在塔2中通过精馏而分离，塔顶为醋酸，塔底的NMA返回萃取精馏塔循环使用。本设计条件为：原料为醋酸质量分数55％的醋酸一水混合体系，流量为5000kg／hr，原料和

7、萃取剂均为泡点进料，操作压力为常压，产品为冰醋酸，纯度≥99．5％。1-extractivedistillationcolumn2-recovecycolumnFig．1Progcssflowdiagramofextractivedistillation．图I萃取精馏工艺流程图2．2选择热力学模型使用AspenPlus软件计算时，选择热力学模型尤为重要，其正确与否直接影响计算的物理性能的准确程度，并影响计算结果的精确度。精馏设计中，重要的是计算汽．液平衡，基本的汽．液平衡关系表示如下【14】：碱yiP=xtYd*／万方数据计算机与应用化学201

8、0，27(6)汽相逸度系数∥是由状态方程计算出来的，液相活度系数托是由活度系数模型计算，因此，选择合适的热力学模型计算活度系数和逸度系数，对设计的准确性有重要影响。2．2．1活度系数模型AspenPlus中可供选择的活度系数模型，主要有NgTL、UNIFAC、UNIQUAC、VanLaar、Wilson[”1等。其中NRTL模型能模拟极性和非极性化合物的混合物，甚至很强的非理想体系的VLE和LLE，故本设计醋酸一水体系的活度系数模型选择NRTL。NRTL模型的方程为‘16。17】：岍誉+j∑主Aj鬟v／j．卜喾]蚍5靠+⋯．1旷亩J其中：岛=e

9、xp(-a口rU)’q=吣+b4

10、T+eqlnT+{一嘞=勺+毛(r一273．15K)模型需要二元参数a{『、b口、勺、西、勺和力，在AspenPlu