异丙醇-水萃取精馏分离课程设计.doc

概述5
1工艺流程确定及说明5
6
6
7
8
8
萃取剂进料位置的影响9
11
11
精馏塔的全塔物料与能量衡算13
2塔装置的设计计算14
14
14
溢流堰长14
溢流rac模块进行萃取精馏模拟，并利用灵敏度分析模块对各工艺参数进行灵敏度分析与优化。
模型建立
萃取精馏塔分为3部分：吸收段、精馏段、提馏段。
用Aspen Plus的RadFrac精馏模块对异丙醇一水共沸体系的萃取精馏过程进行静态模拟。 RadFrac是一个严格模型，可用于模拟所有类型的多级气、液分离操作，如普通精馏、吸收、再沸吸收、汽提、再沸汽提、萃取、萃取蒸馏和共沸蒸馏等。适用体系包括气、液两相传质体系，气、液、液三相传质体系，窄沸程和宽沸程传质体系等。对气、液两相存在强非理想物系和理想物系都有良好的模拟效果，模拟数据具有可指导性。
使用Aspen Plus模拟软件进行模拟计算时，热力学模型的选择尤为重要，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。由于本计算体系中的异丙醇、N-甲酰吗啉等均是极性化合物，故选用UNIFAC活度系数模型，该模型能准确模拟非理想溶液的VLE和LIJE性质。
工艺流程
流程：原料从8号流股加入，经换热器B3预热后流入萃取精馏塔B1，萃取剂从1号流股进入萃取精馏塔B1，在塔内萃取精馏后，异丙醇从塔顶经2号流股采出，N-甲酰吗啉和水从塔釜经3号流股流入精馏塔B2进行分离，水从塔顶经4号流股采出，N-甲酰吗啉从塔釜经5号流股流入换热器B3对原料进行预热，之后从6号流股流出，进入换热器B5换热降温至80℃后流入1号流股，对萃取剂进行循环利用。
工艺流程图
、
模拟计算
原料进料为异丙醇一水共沸体系，流量1250kg/h，组成为87．4％(质量分数)的异丙醇和12．6％(质量分数)的水，萃取剂为N-甲酰吗啉，两股进料的温度均为80℃，操作压力为常压。萃取精馏塔共有20块板(包括塔顶冷凝器和塔底再沸器)。在初设操作参数下进行模拟计算，考察以N-甲酰吗啉做萃取剂时的分离效果。然后通过 Aspen Plus模拟软件中的“Sensitivity”模块，研究原料进料位置、萃取剂进料位置、回流比以及萃取剂和原料进料比对塔的分离效果及塔的热负荷的影响，进而寻找最佳操作条件。
表1 萃取精馏塔的主要操作参数
Tab．1 Main operation parameters of extractive distillation column
塔板数
原料进料位置
萃取剂进料位置
操作压力BAR
回流比
原料与萃取剂质量比
20
9
3
1
2
1：3
初设参数下的模拟结果
在表1初设的主要操作参数下对萃取精馏塔进行模拟计算，模拟结果如表2所示。结果表明，在NMF萃取剂作用下，异丙醇一水共沸体系被破坏，塔顶馏出液中异丙醇质量分数可达0．99，达到较好的分离效果。初设参数可以用于萃取精馏系统下一步操作参数优化工作。
灵敏度分析与参数优化
原料进料位置的影响
在相同条件下，原料进料位置的不同将对分离效果产生影响，不同的精馏效果导致塔底和塔顶组成产生改变，进而影响再沸器和冷凝器的热负荷，因此，存在最佳进料位置。改变原料异丙醇一水共沸体系的进料位置，其他操作参数见表1，考察原料进料位置对分离效果和热负荷的影响，模拟结果如图2、3。
进料位置对塔顶产品纯度的影响
原料进料位置对塔顶冷凝器与塔底再沸器热负荷的影响
由图2、3可见，进料位置在8到12块板时分离效果最好，而再沸器和冷凝器的热负荷(冷凝器的热负荷取绝对值)较低。进料在第16块板时达到最佳效果。因此，选择原料最佳进料板为第10块板。
萃取剂进料位置的影响
萃取剂的进料位置也影响精馏分离效果和热负荷。改变萃取剂的进料位置，其余参数见表1，模拟不同位置进萃取剂对分离效果和热负荷的影响，结果如图所示
萃取剂进料位置对分离效果
萃取剂塔顶冷凝器和塔底再沸器热负荷的影响
由图4、5可以看出，萃取剂在第一块塔板进料时，虽然再沸器和冷凝器的热负荷(冷凝器的热负荷取绝对值)最低，但塔顶中异丙醇的质量分数只有0．6，分离效果太差，因此，不予考虑。综合考虑，分离效果再沸器和冷凝器的热负荷，因此，选择第2块塔板为萃取剂进料板。
由图8、9可以看出，馏出液中异丙醇的质量分数随进料比的增加而增大，这种增大趋势变的平缓，而再沸器的热负荷随进料比的增加而增大冷凝器热负荷随进料比的增加而减少。因此，综合考虑分离效果和热负荷两方面的要求，选取萃取剂料(质量)为3750kg/h。
优化操作参数的模拟结果
通过以上的灵敏度分析与参数优化，得到最佳
操作参数为：
塔板数
原料