期末632085216025 管威 化工计算与软件应用

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1、《化工计算与软件应用》期末作业一、课题内容1．1、原料：进料乙醇水溶液流率44650kg/h，25℃，350kPag，其中乙醇质量分数0.114.1.2、分离要求：采用精馏塔把进料提浓至乙醇质量分数0.907,然后进入膜分离器继续增浓。膜分离器有两股产品，一股是乙醇质量分数0.995的精乙醇，另一股是渗透液（乙醇的质量分数0.3），参透液返回乙醇水溶液溶液提浓系统。二、物性方法的选择通过查阅文献和google搜索以及查阅《aspen plus物性方法和模型》手册发现根据液相混合物逸度的计算方法的不同，物性方法可以分为两大类：状态方程法和活度系数

2、法。状态方程法使用状态方程来计算汽相及液相的逸度，而活度系数法使用状态方程计算汽相逸度，但是通过活度系数来计算液相的逸度。常见的状态方程有ideal、srk、pr、lk方程以及他们的一些改进方程。状态方程法就是基于此类状态方程来计算逸度，压缩因子，焓等的物性方法。常见的活度系数方程有nrtl、wilson、uniquac等。活度系数法就是基于此类活度系数方程来计算液相逸度，液相焓等的物性方法。经查询发现混合物为乙醇水体系，应该用活度系数法，AspenPlus软件中含有五种基本的活度系数方程（NRTL、UNIFAC、UNIQUAC、AVNLAAR

3、、WILSON），它们仅适用于低压下、非电解质溶液的组分活度系数计算，如NRTL方程适合于极性与非极性混合物，强非理想性混合物和部分互溶系统。因为题给混合物为酯、醚、烃混合物，可能出现部分互溶，通过AspenPlus模拟发现体系的的压力变化对恒沸物的组成变化不大，设计的操作压力为常压，等可以选择NRTL,WILSON方程。本次设计选择的是WILSON方程，所用设计软件是aspen7.3版本。三、可行性说明3.1、分离方法的理论基础利用AspenPlus软件的绘图功能，绘制了乙醇（C2H5OH）、水（H2O）常压下以质量为基准的X-Y图。常压下有

4、存在共沸点，约在乙醇的质量分数在0.95处。说明乙醇水常压下精馏最多只能得到质量浓度为95%的乙醇，但是根据题目分离要求，精馏塔只需把乙醇提浓到90.7%，所以可以用一般精馏方法精馏。得到的产品再到膜分离器中提纯。通过查阅文献“乙醇-水精馏节能技术分析”，文献中中介绍了四种乙醇一水精馏节能技术，即分割式熟泵精馏节能技术、熟集成精馏节能技术、双效精馏节能技术和加盐萃取精馏节能技术，我选择双效精馏节能技术进行对本课题的设计，并比较单塔精馏和双效精馏节能技术的优缺点四、分离的流程4.1、总分离流程介绍第一双效精馏节能技术通过前面的相图分析，理论上可以

5、设计一个双效精馏的分离过程，如图所示。图1双效精馏节能分离双效精馏的原理：利用高压塔塔顶蒸汽的潜热向低压塔的再沸器提供热量，高压塔塔顶蒸汽同时被冷凝的热集成精馏系统。如图所示过程原料同时进入B1（常压塔）和B2（高压塔），B2（高压塔）有再沸腾，无冷凝器，直接产生高温蒸汽通过换热器对B1（常压塔）的塔底物料提供热量，最后塔釜得到水（含极少量的乙醇），纯度为0.907的乙醇水体系都进入膜分离器增浓，膜分离器出两股产品，上面一股得到精乙醇，下面一股为渗透液经过换热器换热后返回到精馏塔中循环提浓提高收率。4.2、工艺参数的确定进料质量流量总和为446

6、50kg/h，常温25℃，压力350kPag。B1精馏塔流程如下：步骤1首先通过先根据物料恒算以及简捷精馏法模型，计算大概的塔板数，精料位置以及回流比。简洁精馏结果如下：推荐的板数为15块，回流比3.98，精料位置第12块板。然后带入精确精馏模块计算，综合考虑板数与回流比的大小和再沸器的热负荷，设定总板数为20块板，再通过设计规定Designspec计算功能优化满足塔顶乙醇质量分数0.907灵敏度分析优化塔板进料位置如下：从图像可以看出15块板进料时塔釜热负荷最小，故B1塔取15板进料同样的方法也可以得到B2（高压塔）的参数,参数见后步骤2顺流

7、双效精馏-辅助双塔系统再通过设计规定Designspec计算功能规定，定义B1（常压塔）塔顶的热负荷为CQ1和B2（高压塔）的再沸器热负荷为CQ2，在顺流双效精馏流程稳定操作时，调整B1塔塔顶出料（调整B5分流器的产品分率）使得CQ1和CQ2的绝对值相等，代数和为0，在FlowsheetingOptions/Designspec/DS-1/Input/Spec界面填写如下：结果如下：B5分流器的产品分率为0.37674562时，B1（常压塔）塔顶的热负荷为CQ1和B2（高压塔）的再沸器热负荷相等，为2797kw，满足双效精馏的原理此时优化的B1

8、（常压塔）和B2（高压塔）的参数如下：塔B1（常压塔）B2（高压塔）塔板数2020进料位置1516塔压1atm塔板压降0.7kpa355.3375kp