《Aspen Plus软件分离正己烷和乙酸乙酯的模拟分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Aspen Plus软件分离正己烷和乙酸乙酯的模拟分析（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、本科生毕业论文题 目： Aspen Plus软件分离正己烷和乙酸乙酯的模拟分析专业代码：0817作者姓名：学号：2009202142单位：化学化工学院指导教师：2013年5月28日原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究取得 的成果。除文中已经注明引用的内容外，论文中不含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得聊城大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承 担本声明的相应责任。论文作者签名：日期指导教师签名：日期目录前言 1第一章总论 11.1 Aspen Plus 介绍 11.2
2、课题介绍 2第二章工艺流程 22. 1物性分析 22. 2流程确定 5第三章结果与讨论 53. 1共沸精馏塔回流比对产品产量的影响 63. 2共沸剂丙酮进料位置对产品产量的影响 93. 3原料进料位置对产品产量的影响 123. 4共沸剂丙酮用量对产品产量的影响 14第四章结束语 17参考文献 18致谢 21摘要介绍Aspen Plus的一般使用方法和在精馏操作型问题分析中的应用。实践表 明，利用流程模拟软件解决精馏操作型问题是一条非常有效的捷径，不仅有助于 学生加深对精馏原理的理解，而且有助于培养学生利用流程模拟优化技术解决工 程实际问题的能力。正己烷和乙酸乙酯形成最低共沸物，以丙酮为共沸剂，
3、采用共沸精馏方法分 离。应用ASPEN PLUS软件进行模拟以丙酮为共沸剂，分离正己烷、乙酸乙酯混合 物的流程。确定了共沸精馏塔的最佳操作条件，即共沸剂丙酮的用量为80kg/h, 回流比为1.3，原料的进料位置为第13块板，丙酮的进料位置为第4块板，此时， 塔釜乙酸乙酯的质量分数可达99.8%以上。关键词：共沸精馏；共沸剂；剩余曲线；丙酮AbstractAbstract: This paper introduced the general use method of Aspen Plus and its application in distillation operation problem
4、 analysis. The practice showed that flowsheet simulation software as an effective short cut helps student understand distillation principle and enhance the ability to solve actual project matter by the technique of flowsheet simulation and optimization.In order to separate n-hexane-ethylacetae azeot
5、rope, azeotropic distillation was used with acetone as entrainer. Aspen plus software was used to simulate the azeotropic distillation flowsheet. Effects of different factors on the azeotropic distillation were analyzed and optimized. When the acetone flow rate was 74kg/h, the reflux ratio was 1.3,
6、feed position was the 13th theoretical plate and feed position of acetone was 4th theoretical plate, the mass fraction of ethyl acetate reached 99.8% in tower bottom.Keywords: azeotropic distillation； entrainer； residue curve；acetoneAspen Plus软件分离正己烷和乙酸乙酯的模拟分析-XX.前言目前，在医药等很多领域内，均使用大量的正己烷和乙酸乙酯作为有机溶剂,
7、 【1】如压敏胶带制造采用的溶剂为乙酸乙酯,诺氟沙星微囊的研制采用的溶剂为正 己烷2。在最终产品中,这些溶剂必须完全脱除,因而形成有机溶剂废液。因此回 收利用这些有机溶剂就成为一个重要的问题。正己烷和乙酸乙酯形成最低共沸物, 采用普通精馏法无法将其分离,因此必须采用一些特殊的分离方法,共沸精馏就是 一种很有效的分离方法13。共沸剂的选择关系到共沸精馏能否顺利进行以及经济 是否合理。正己烷和乙酸乙酯形成最低共沸物,选用的共沸剂应与正己烷和乙酸乙 酯组分之一形成一种新的二元最低共沸物,所形成的二元最低共沸物的沸点应低 于正己烷-乙酸乙酯共沸物的沸点,并且共沸剂要容易回收,具有良好的物性,经济 性好
8、14。本工作选择丙酮作为共沸剂，用Aspen plus软件模拟了以丙酮为共沸剂分离 正已烷和乙酸乙酯的工艺流程,并确定了最佳工艺条件,为工艺设计提供了依据。第一章 总 论1.1 Aspen Plus 介绍Aspen Plus是一个生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统。Aspen Plus提供了丰富的物性计算方法与模型，我们必须根据物系特点和温度、 压力条件适当选用。Aspen Plus自带有约1 773种有机物、2 450种无机物、3 314 种固体物、900种水溶电解质的基本物性参数的物性数据库，还有丰富的状态方 程和活度系数方法可以用来估算物性【17】。对于所需的T-x-y图
9、等数据可以通过 查找Aspen Plus物性数据库，物性数据库中没有的还可以通过Aspen Plus软件 提供的物性估算功能进行理论计算。使用Aspen Plus模拟软件，对液体混合物进 行模拟计算，可以得出精馏塔的塔板数、回流比、进料位置等主要操作参数及工 况条件。Aspen Plus提供一套功能强大的模型分析工具，最大化工艺模型的效益：收敛分析：自动分析和建议优化的撕裂物流、流程收敛方法和计算顺序，即 使是巨大的具有多个物流和信息循环的流程，收敛分析非常方便。calculator models计算模式： 包含在线FORTRAN和Excel模型界面。灵敏度分析：非常方便地用表格和图形表示工艺
10、参数随设备规定和操作条件 的变化而变化。案例研究： 用不同的输入进行多个计算，比较和分析。设计规定能力:自动计算操作条件或设备参数，满足规定的性能目标。数据拟合：将工艺模型与真实的装置数据进行拟合，确保精确的和有效的真 实装置模型。优化功能：确定装置操作条件，最大化任何规定的目标，如收率、能耗、物 流纯度和工艺经济条件【18】。1.2课题介绍本论文研究的主要是利用Aspen plus模块中的精馏分析模块对研究的系统进 行灵敏度分析以及设计规定能力的操作。特此说明的是本论文是在搜集了大量文献的基础上，基于前人的研究成果， 利用所得的数据，研究的是分离正己烷和乙酸乙酯的流程。对于两者的分离，由 于
11、两者能形成均相共沸物【3】，所以需要添加共沸剂使两者得以分离，应用化工原 理的共沸精馏以及共沸剂的选择知识我们可以知道，丙酮为理想的共沸剂之一， 所以采用的为使用丙酮作为共沸剂分离两者4。在精馏操作中，原料以及丙酮的进料位置，共沸剂丙酮的进料量，回流比的 改变都会影响到最终产品产量的高低，使用Aspen plus对其的操作条件进行了详 细的模拟，并且得出了使两者能够分离的最佳操作条件。第二章工艺流程2.1物性分析由aspen plus里面的物性数据对组分进行分析，得出图2-1，从图2T中我们 可知正己烷和乙酸乙酯的正常沸点分别为68.7C和77.2C,在101.3kPa下形成二 元最低共沸物,
12、共沸组成正己烷的摩尔分数67.5%,乙酸乙酯的摩尔分数32.5%。共 沸温度65.2C,因此不能用普通精馏实现分离。加入丙酮作为共沸剂，它仅与正已烷形成二元最低共沸物，共沸点为49.8C, 共沸物中含丙酮摩尔分数为62.5%，如图2-2、2-3所示。该三元物系的剩余曲线如图2-4所示。两个二元共沸物的连线为蒸馏边界,整 个相图被分为精馏区域1和2,分别位于红线的左上方和右下方。共沸剂丙酮的加入 使总组成位于精馏区域1内。故共沸精馏塔的操作就在区域1内完成。加入适量的 丙酮,可使塔顶馏出丙酮-正已烷二元共沸物 （只是接近该组成）,塔釜得到纯乙酸0-s moo寸T-x 101.3 kPaT-y 1
13、01.3 kPaT-xyfbr N-HEX-01/ACETONE0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0Liquid/Vapor Molefrac ACETONE图2-2正己烷与丙酮的t-x-y图0.T-x 101.3 kPaT-y 101.3 kPaT-xy far ACETONE/ETHYL-加uturllEaduJH_L0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0Liquid/Vapor Mo-lefrac ACETONE图2-3乙酸乙酯与丙酮的t-x-y图Residue curve for N-HEX-01/ETHYL-01/ACETON
14、E0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9Molefrac N-HE X-01图2-4 正已烷-乙酸乙酯-丙酮的剩余曲线图2.2 流程确定 乙酸乙酯和丙酮的共沸物从共沸精馏塔塔顶蒸出进入萃取塔,萃取塔中用水 萃取丙酮和正己烷的混合物,塔顶得到较纯的正己烷【8】；萃取后的丙酮水溶液作 为原料加入共沸剂精馏回收塔,塔顶得到回收的丙酮。经过分离,正己烷、乙酸乙 酯的质量分数都达到99.8%以上【7】。第三章 结果与讨论在分离正己烷、乙酸乙酯共沸物的流程中,共有3个塔设备组成,在共沸精馏塔 中,原料中的正已烷与丙酮形成最低共沸物从塔顶蒸出,塔釜得到纯的乙酸乙酯。 萃取塔和
15、丙酮回收塔为回收装置,将正已烷与丙酮进行分离并回收丙酮,由于萃取 塔及丙酮回收塔的操作较易进行,故本文将主要讨论共沸精馏塔的操作条件。本文 采用Aspen plus工程软件进行模拟，一般在相平衡模拟计算中常用的活度系数 模型有WILSON方程、NRTL方程等。由于该工艺包含有液液不互溶体系的计算，所以 WILSON方程不适用,NRTL方程在表示二元和多元的汽液平衡方面是相当好的，适用 于完全互溶或部分互溶体系，同时能够准确的模拟非理想溶液汽液和液液相平衡 15。此次模拟过程中，为物流确定的初步信息为原料液常温进入共沸精馏塔，原 料液的流量假定一个初始值为100kg/h,其中，正己烷的质量分数为40%，共沸剂 丙酮的流量为80kg/h，常压蒸馏。共沸精馏塔塔板数为19块，原料液进料位置为 第13块，丙酮的进料位置在第4块。塔釜的出料量设定为40kg/h【1。】。3.1 共沸精馏塔回流比对产品产量的影响 在以上所给的初始条件下，进行灵敏度分析，改变共沸精馏塔的回流比，输 入情况如下所示：定义的所观测的量为得到的产品中乙酸乙酯的质量分率，填入如下表3-1-1:表3-1-1 乙酸乙酯的质量分率设置变化的量为共沸精馏塔的回流比,一般根据数据可知回流比设为1.3左
