采用Aspen Plus模擬丙酮-乙醇-水三元體系中丙酮的分

1、采用Aspen Plus模擬丙酮-乙醇-水三元體系中丙酮的分離回收任苗苗,山東豪邁化工技術(shù)有限公司摘要:采用Aspen Plus對(duì)于丙酮-乙醇-水三元體系的精餾分離進(jìn)行了模擬計(jì)算,計(jì)算得出,在理論板數(shù)16,回流比10,進(jìn)料位置13的操作條件下,塔頂?shù)玫劫|(zhì)量分?jǐn)?shù)98%的丙酮產(chǎn)品,丙酮回收率99.1%,滿(mǎn)足分離回收的要求。采用Aspen Plus模擬丙酮-乙醇-水三元體系中丙酮的分離回收,得到98wt%濃度的丙酮產(chǎn)品。該模擬可以分為兩個(gè)步驟進(jìn)行。首先,采用Aspen Plus繪制丙酮-乙醇-水三元混合物相圖,判斷精餾分離的可行性,得到初步的分離方案。之后,采用Aspen Plus對(duì)精餾過(guò)程進(jìn)行模擬

2、,得出精餾操作條件。1.原料組成及分離要求原料總進(jìn)料量為3000kg/h,其中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下:丙酮92%,乙醇4.2%,水3.8%;在此原料液中回收得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%濃度的丙酮,對(duì)于乙醇的分離不需要考慮。回收率不做特殊要求。但是,為了保證目標(biāo)產(chǎn)品盡可能多的回收,提高該分離過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性,規(guī)定丙酮的回收率99%。2.丙酮-乙醇-水三元混合物相圖三元混合物的相圖能夠提供很多實(shí)用的信息。在嚴(yán)格的精餾模擬計(jì)算之前,對(duì)于不確定物性的三元混合物系,需要借助Aspen Plus強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)及物性分析功能,得到混合物的相圖,從而得出物系的部分特征,為初步確定精餾方案提供參考。采用Aspen Plus繪制丙

3、酮-乙醇-水三元混合物相圖,得到沸點(diǎn)、共沸點(diǎn)、精餾邊界等具體信息,判斷精餾分離的可行性。相圖如圖1所示。 圖1丙酮-乙醇-水三元混合物相圖由以上相圖可見(jiàn),丙酮、乙醇、水三組分的純組分沸點(diǎn)分別是56.1、78.3、100。丙酮-乙醇-水三元混合物在常壓下有一個(gè)乙醇-水二元共沸點(diǎn),不存在三元共沸點(diǎn)。乙醇-水二元共沸點(diǎn)為78.1,共沸摩爾組成為乙醇96%、水4%。從相圖可以看出,乙醇-水的二元共沸溫度78.1要低于丙酮純組分的沸點(diǎn)56?？梢耘袛?乙醇-水的二元共沸基本不會(huì)影響精餾塔頂?shù)玫揭鬂舛鹊谋a(chǎn)品,不需要特殊考慮乙醇與水共沸的影響。此外,結(jié)合原料組成情況,應(yīng)用化工分離工程相關(guān)知識(shí),可以判斷,

4、可以設(shè)置一個(gè)普通精餾塔分離原料,在合適的操作條件下,滿(mǎn)足塔頂?shù)玫?8wt%濃度的丙酮,塔釜得到水和乙醇的混合物。3.精餾過(guò)程模擬采用Aspen Plus嚴(yán)格精餾塔進(jìn)行模擬計(jì)算。根據(jù)原料組成,選用NRTL物性方法。通過(guò)調(diào)整模型,結(jié)合靈敏度分析,規(guī)定精餾塔的計(jì)算參數(shù)設(shè)置如下:采用16塊理論版,回流比10,塔頂采出2770kg/h。常壓操作。 圖2單塔精餾Aspen Plus模型精餾計(jì)算的物流結(jié)果如圖3所示。 圖3模擬物流結(jié)果由圖3物流計(jì)算結(jié)果可以看出,塔頂丙酮濃度為質(zhì)量分?jǐn)?shù)98.7%,滿(mǎn)足分離要求。對(duì)于丙酮回收率進(jìn)行計(jì)算,得到產(chǎn)品丙酮回收率為99.1%,滿(mǎn)足回收率要求。塔板計(jì)算結(jié)果及水力學(xué)計(jì)算結(jié)果如圖5所示。 圖4塔板模擬結(jié)果 圖5塔板水力學(xué)計(jì)算結(jié)果由圖4、圖5塔板水力學(xué)計(jì)算可以得出每層塔板的氣液相負(fù)荷、氣液相物性,便于后續(xù)進(jìn)行塔的尺寸設(shè)計(jì)及塔板內(nèi)件設(shè)計(jì)。塔頂冷凝器、塔釜再沸器的負(fù)荷及冷熱流體進(jìn)料量可以用于后續(xù)冷凝器及再沸器的選型設(shè)計(jì)。4.結(jié)論綜上,采用單個(gè)精餾塔可以處理該原料。精餾塔的操作參數(shù)如下