碳酸二甲酯甲醇體系

本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：碳酸二甲酯一甲醇體系間歇萃取精餾模擬專業(yè):化學(xué)工程與工藝（煤化工方向）****學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。作者簽名：日期：關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明學(xué)位論文作者完全了解延安大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本科生在校攻讀學(xué)士學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)單位屬延安大學(xué)，學(xué)生公開(kāi)發(fā)表需經(jīng)指導(dǎo)教師同意。學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件， 允許學(xué)位論文被查閱和借閱；學(xué)校可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。保密論文注釋：本學(xué)位論文屬于保密范圍，在上年解密后適用本授權(quán)書(shū)。非保密論文注釋：本學(xué)位論文不屬于保密范圍，適用本授權(quán)書(shū)。作者簽名：日期：導(dǎo)師簽名：日期：目錄TOC\o"1-5"\h\z1前言 11.1碳酸二甲酯一甲醇恒沸體系介紹 1\o"CurrentDocument"1.2間歇萃取精餾原理介紹 2\o"CurrentDocument"1.3萃取劑選擇原理⑷ 2\o"CurrentDocument"1.4萃取精餾的操作特點(diǎn) 3Aspen流程模擬軟件簡(jiǎn)介及應(yīng)用 3\o"CurrentDocument"BatchFrac模型簡(jiǎn)介 4\o"CurrentDocument"1.7主要研究?jī)?nèi)容 52碳酸二甲酯-甲醇體系分離過(guò)程模擬及優(yōu)化 5\o"CurrentDocument"2.1設(shè)計(jì)工藝參數(shù) 5\o"CurrentDocument"2.2模擬流程的建立⑻ 6\o"CurrentDocument"2.3重要參數(shù)的確定 6\o"CurrentDocument"2.3.1定義物性方法 6\o"CurrentDocument"2.3.2定義進(jìn)料物流參數(shù) 6\o"CurrentDocument"2.3.3定義模塊參數(shù) 7\o"CurrentDocument"2.4分離工藝過(guò)程的運(yùn)行 7\o"CurrentDocument"2.4.1萃取精餾階段 7\o"CurrentDocument"2.4.2過(guò)渡液回收階段 9\o"CurrentDocument"2.4.3萃取劑回收階段 11\o"CurrentDocument"2.5靈敏度分析及過(guò)程優(yōu)化 12\o"CurrentDocument"2.5.1靈敏度分析簡(jiǎn)介 12\o"CurrentDocument"2.5.2萃取劑進(jìn)料量 132.5.3萃取劑進(jìn)料位置 132.5.4萃取劑進(jìn)料溫度 142.5.5回流比 152.5.6精餾塔塔板數(shù) 15\o"CurrentDocument"3結(jié)果與討論 16\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 16\o"CurrentDocument"附錄 17碳酸二甲酯一甲醇體系間歇萃取精餾模擬摘要：本論文利用AspenPlus流程模擬軟件，基于UNIFAC活度系數(shù)模型，采用半連續(xù)加入萃取劑、回流比恒定餾出液組成逐漸減小的間歇萃取精餾方法，以碳酸乙烯酯為萃取劑，運(yùn)用靈敏度分析法分析影響分離碳酸二甲酯^甲醇效果的各工藝參數(shù)，并且根據(jù)此得出最優(yōu)分離條件，得到當(dāng)萃取劑進(jìn)料量為75kmol/sec，第4塊塔板進(jìn)料，進(jìn)料溫度為25°C，間歇精餾塔理論塔板數(shù)為20塊，回流比為5時(shí)分離取得最優(yōu)效果，精制碳酸二甲酯純度達(dá)到0.995，甲醇餾出物、萃取劑回收純度均大于等于0.99。關(guān)鍵詞：AspenPlus軟件；碳酸二甲酯；間歇萃取精餾；靈敏度分析；ThebatchextractivedistillationseparationofdimethylcarbonateandmethanolAbstract：Inthispaper,theAspenPlusprocesssimulationsoftware,basedontheUNIFACactivitycoefficientmodel,theuseofsemi-continuousjointheextractant,therefluxratioconstantdistillatecompositionofbatchextractivedistillationmethodgraduallydecreasesastheextractionagent,ethylenecarbonate,theuseofsensitivitytheanalysismethodaffectingtheseparationofdimethylcarbonate-themethanoleffectofvariousfactors,andbasedonthistheoptimalseparationconditions,obtainedwhenthefeedamountoftheextractant95kmol/sec,#4platesfeed,feedtemperature25C,batchrectificationcolumntheoreticalplatenumberof25blocks,arefluxratioofseparationfor5hourstoobtaintheoptimumeffect,thepurityofthepurifieddimethylcarbonate0.995,themethanoldistillatepurityofgreaterthanorequalto0.99,extractantrecoverypurityequaltoorgreaterthan0.99.Keywords:AspenPlussoftware;dimethylcarbonate;Thebatchextractivedistillation;sensitivityanalysis;1前言1.1碳酸二甲酯一甲醇恒沸體系介紹碳酸二甲酯（DMC）是一種無(wú)色、帶有芳香氣味的可燃性液體，沸點(diǎn)為90.1C?；瘜W(xué)性質(zhì)非常活潑，能與酚、醇、胺、酯類化合物物發(fā)生反應(yīng)，生成許多具有特殊性質(zhì)的化合物，是重要的有機(jī)合成中間體,DMC還是良好的溶劑及清洗劑，在涂料、醫(yī)藥、電池等領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用；并且是非毒性、“綠色”新型化工原料⑴。常壓下碳酸二甲酯，甲醇均為液體，甲醇的沸點(diǎn)為4.5°C，碳酸二甲酯的沸點(diǎn)是90.1°C。當(dāng)碳酸二甲酯和甲醇混合物中碳酸二甲酯摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)到3%，甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)到87%時(shí)碳酸二甲酯和乙醇的混合物形成恒沸體系。此二元恒沸體系的沸點(diǎn)為63.5C，簡(jiǎn)單精餾無(wú)法將其分離，必須采用特殊精餾，本文采用間歇萃取精餾的方法1］。1.2間歇萃取精餾原理介紹間歇精餾又稱分批精餾，一次性進(jìn)料，一次性出料，間歇精餾與連續(xù)精餾相比較具有的以下特點(diǎn)⑵：間歇精餾為非穩(wěn)態(tài)過(guò)程,由于釜中液相的組成隨精餾過(guò)程的進(jìn)行而不斷降低，因此塔內(nèi)參數(shù)不僅隨位置變化而且隨時(shí)間變化；間歇精餾只有精餾段。間歇精餾有兩種基本操作方式：餾出液組成恒定回流比不斷增大的間歇精餾操作；回流比恒定餾出液組成逐漸減小的間歇精餾。本文采用第二種方法。萃取精餾是利用添加萃取劑來(lái)增加兩種難以分離物料的相對(duì)揮發(fā)度使兩者容易通過(guò)精餾而分離的精餾過(guò)程。它作為分離共沸物，近沸點(diǎn)混合物及其他低相對(duì)揮發(fā)度混合物的技術(shù)，在化學(xué)工業(yè)中有著重要意義。萃取精餾操作具有裝置相對(duì)簡(jiǎn)單、可立足現(xiàn)有裝置改裝、處理量大和可連續(xù)有效地分離等優(yōu)點(diǎn)，是最為廣泛使用的分離方法之一。間歇萃取精餾⑶(batchextractiondistillation簡(jiǎn)稱BED)也稱分批精餾、非穩(wěn)態(tài)精餾。全過(guò)程完全在單塔內(nèi)實(shí)現(xiàn)原料進(jìn)料、萃取劑的加入和回收。它更適用于批量小產(chǎn)值高、多品種物料的精餾，有很好的經(jīng)濟(jì)性和操作靈活性。根據(jù)溶劑加入方式，間歇萃取精餾可分為一次性加入溶劑操作方式和半連續(xù)加入溶劑操作方式。一次性加入方式是溶劑與料液一起加入到塔釜再沸器中，然后進(jìn)行間歇操作。其缺點(diǎn)是再沸器體積有限，限制了加料量。半連續(xù)加入方式是萃取劑從靠近塔頂?shù)奈恢眠B續(xù)加入，整個(gè)精餾塔分為萃取段和精餾段。在這種操作模式下，萃取劑基本上在每個(gè)塔板上均發(fā)揮作用，增大了分離效率。本論文采用半連續(xù)加入溶劑來(lái)進(jìn)行間歇萃取精餾。1.3萃取劑選擇原理⑷選擇性高，即加入少量溶劑后能大幅度的增加溶液相對(duì)揮發(fā)度；揮發(fā)性小，即具有比被分離組分高得多的沸點(diǎn)，且不與原溶液中各組分形成；恒沸物，以便于分離回收；添加劑能與原溶液有足夠的互溶度，兩者能良好的混合，以充分發(fā)揮每塊板上液相中添加劑的作用。本設(shè)計(jì)中選擇的萃取劑為碳酸乙烯酯(沸點(diǎn)為248°C),與碳酸二甲酯互溶，加入溶液中從而使原溶液中兩個(gè)組分間的相對(duì)揮發(fā)度大為增加。1.4萃取精餾的操作特點(diǎn)為增大被分離組分的相對(duì)揮發(fā)度，應(yīng)使各板液相均保持足夠的添加劑濃度，當(dāng)原料和萃取劑以一定比例加入塔內(nèi)時(shí)，必存在某一個(gè)最合適的回流比。當(dāng)不含添加劑的回流過(guò)大，非但不能提高餾出液組成，反而會(huì)降低塔內(nèi)添加劑的濃度而使分離變得更為困難。同樣，當(dāng)塔頂回流溫度過(guò)低或添加劑加入溫度較低，都會(huì)引起塔內(nèi)蒸氣部分冷凝而沖淡各板的添加劑濃度。1.5Aspen流程模擬軟件簡(jiǎn)介及應(yīng)用ASPENPLUS是大型通用流程模擬系統(tǒng)［5］源起于美國(guó)能源部于七十年代后期在麻省理工學(xué)院組織會(huì)戰(zhàn)，要求開(kāi)發(fā)新型第三代流程模擬軟件。這個(gè)項(xiàng)目稱為“先進(jìn)過(guò)程工程系統(tǒng)"(AdvancedSystemforProcessEngineering)簡(jiǎn)稱ASPEN。這一大型項(xiàng)目由MIT主持、能源部資助、55個(gè)高校和公司參與開(kāi)發(fā)。它以嚴(yán)格的機(jī)理模型和先進(jìn)的技術(shù)贏得廣大用戶的信賴，它具有以下特性：第一，ASPENPLUS使用最新的軟件工程技術(shù)通過(guò)它的MicrosoftWindows圖形界面和交互式客戶-服務(wù)器模擬結(jié)構(gòu)使得工程生產(chǎn)力最大；第二，ASPENPLUS擁有精確模擬范圍廣泛的實(shí)際應(yīng)用所需的工程能力，這些實(shí)際應(yīng)用包括從煉油到非理想化學(xué)系統(tǒng)到含電解質(zhì)和固體的工藝過(guò)程。ASPENPLUS是基于序貫?zāi)K法的穩(wěn)態(tài)過(guò)程模擬軟件，具有完備的物性數(shù)據(jù)庫(kù)，內(nèi)含1773種有機(jī)物、2450種無(wú)機(jī)物、3314種固體物、900種水溶電解質(zhì)的基本物性參數(shù)，具有豐富的狀態(tài)方程和活度系數(shù)方法。在實(shí)際應(yīng)用中，ASPENPLUS可以幫助工程師解決快速閃蒸計(jì)算、設(shè)計(jì)一個(gè)新的工藝過(guò)程、查找一個(gè)原油加工裝置的故障或者優(yōu)化一個(gè)乙烯全裝置的操作等工程和操作的關(guān)鍵問(wèn)題。流程模擬的優(yōu)越性有以下幾點(diǎn)：進(jìn)行工藝過(guò)程的能量和質(zhì)量平衡計(jì)算；預(yù)測(cè)物流的流率、組成和性質(zhì)；預(yù)測(cè)操作條件、設(shè)備尺寸；縮短裝置設(shè)計(jì)時(shí)間，允許設(shè)計(jì)者快速地測(cè)試各種裝置的配置方案；幫助改進(jìn)當(dāng)前工藝；在給定的限制條件內(nèi)優(yōu)化工藝參數(shù)；輔助確定工藝約束部位（消除瓶頸）；回答“如果…那會(huì)怎樣”的問(wèn)題。ASPENPLUS根據(jù)模型的復(fù)雜程度，支持規(guī)模工作流?？梢詮暮?jiǎn)單的、單一的裝置流程到巨大的、多個(gè)工程師開(kāi)發(fā)和維護(hù)的整廠流程。分級(jí)模塊和模板功能使模型的開(kāi)發(fā)和維護(hù)非常簡(jiǎn)單。ASPENPLUS提供了單元操作模型到裝置流程模擬。這些模型的可靠性和增強(qiáng)功能已經(jīng)經(jīng)過(guò)20多年經(jīng)驗(yàn)的驗(yàn)證和數(shù)以百萬(wàn)計(jì)例子的證實(shí)。ASPENPLUS在整個(gè)工藝裝置的從研發(fā)、工程到生產(chǎn)生命周期中，提供了經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的巨大的經(jīng)濟(jì)效益。它將穩(wěn)態(tài)模型的功能帶到工程桌面，傳遞著無(wú)與倫比的模型功能和方便使用的組合。利用ASPENPLUS,公司可以設(shè)計(jì)、模擬、瓶頸診斷和管理有效益的生產(chǎn)裝置。1.6BatchFrac模型簡(jiǎn)介BatchFrac[6是一個(gè)用于間歇蒸餾的單元操作模型，它是模擬多級(jí)間歇蒸餾塔的一個(gè)嚴(yán)格的模型。BatchFrac用一種十分有效的算法來(lái)求解非穩(wěn)態(tài)的描述間歇蒸餾過(guò)程的熱平衡方程和物料平衡方程，在每個(gè)平衡級(jí)上都提供了嚴(yán)格的熱平衡物料平衡和相平衡關(guān)系。BatchFrac能夠處理各種間歇蒸餾問(wèn)題包括以下系統(tǒng)：窄沸程寬沸程高度非理想系統(tǒng)三相系統(tǒng)反應(yīng)系統(tǒng)BatchFrac能夠檢測(cè)冷凝器中游離水的存在或者是塔中任意位置的第二液相的存在，BatchFrac在模擬級(jí)間傾析器時(shí)具有很大的靈活性，BatchFrac可以模擬帶有平衡或速度控制的反應(yīng)的間歇蒸餾塔這些反應(yīng)可以發(fā)生在任意一個(gè)平衡級(jí)上包括再沸器和冷凝器。BatchFrac模型假定：使用平衡級(jí)可以規(guī)定汽化率；有連續(xù)的液體滯留且沒(méi)有氣體滯留；不模擬塔水力學(xué)。BatchFrac模型輸入規(guī)定：BatchFrac塔板是從上往下計(jì)算的，起始于冷凝器。其精餾過(guò)程是一個(gè)連串的順序操作過(guò)程，BatchFrac的第一個(gè)操作步驟是進(jìn)行全回流運(yùn)算。BatchFrac有兩種形式的數(shù)據(jù)輸入規(guī)定：Columnsetup（塔設(shè)置）；Columnoperation（塔操作）。1.7主要研究?jī)?nèi)容本文采用大型化工模擬軟件AspenPlus對(duì)該分離過(guò)程進(jìn)行模擬，模擬選用間歇精餾模塊BatchFrac，它能模擬不同時(shí)間段塔頂出料的間歇萃取過(guò)程。物性參數(shù)選用JNIFAC活度系數(shù)模型。本文所用設(shè)備為萃取精餾塔，對(duì)碳酸二甲酯-甲醇共沸體系（摩爾比13：87）的間歇操作常壓萃取精餾過(guò)程進(jìn)行了模擬計(jì)算。模擬過(guò)程以碳酸乙烯酯為萃取劑，根據(jù)不同的時(shí)間段得到符合要求的產(chǎn)品：輕組分甲醇的純度（摩爾分?jǐn)?shù)）要求大于等于99%。需要完成精制碳酸二甲酯的任務(wù)，要求得到大于等于99%的碳酸二甲酯。并且對(duì)萃取劑進(jìn)料量，萃取劑進(jìn)料位置，萃取劑進(jìn)料溫度，精餾塔回流比和塔板數(shù)進(jìn)行靈敏度分析，優(yōu)化過(guò)程得到理想工藝參數(shù)。12碳酸二甲酯-甲醇體系分離過(guò)程模擬及優(yōu)化2.1設(shè)計(jì)工藝參數(shù)萃取精餾精制碳酸二甲酯的工藝條件［7為：在常壓常溫的條件下，處理進(jìn)料量100kmol/sec，n（DMC）：n（ME）=13：87，進(jìn)料時(shí)間為1000sec的碳酸二甲酯和甲醇共沸物。要求精制得到碳酸二甲酯產(chǎn)品的純度（摩爾分?jǐn)?shù)x）要大于等于99%，分離采出的甲醇的純度大于等于99%，以碳酸乙烯酯（DMC）為萃取劑。2.2模擬流程的建立⑻FEEDDMCFEEDDMC圖2-1碳酸二甲酯-甲醇體系萃取精餾模擬流程圖本論文采用的是回流比恒定餾出液組成逐漸減小的間歇精餾。碳酸二甲酯T甲醇共沸體系（FEED）從塔底一次性加入，萃取劑碳酸乙烯酯（EC）在靠近塔頂處連續(xù)加入，因?yàn)轲s出液的組成隨精餾時(shí)間不斷變化，為得到符合要求的產(chǎn)品，因此此間歇萃取精餾根據(jù)時(shí)間段分為三個(gè)階段，第一個(gè)階段萃取精餾段高純度甲醇（ME）從塔頂餾出；第二個(gè)階段過(guò)渡液回收階段含有甲醇與碳酸二甲酯（GD）的過(guò)渡液回收；第三個(gè)階段萃取劑回收階段高純度碳酸二甲酯（DMC）餾出。2.3重要參數(shù)的確定2.3.1定義物性方法物性方法是一批方法和模型，ASPENPLUS用它們計(jì)算熱力學(xué)物性和遷移性質(zhì)。可采用的物性方法有理想物性方法、狀態(tài)方程物性方法、活度系數(shù)物性方法、專用系統(tǒng)的物性方法等。UNIFAC基團(tuán)貢獻(xiàn)法是通過(guò)基團(tuán)的體積參數(shù)和表面積參數(shù)以及基團(tuán)之間的交互作用參數(shù)來(lái)計(jì)算活度系數(shù)的一個(gè)簡(jiǎn)單的程序，適合于汽液平衡的萃取精餾體系。因此本論文采用的模型方式為UNIFAC活度系數(shù)模型。2.3.2定義進(jìn)料物流參數(shù)對(duì)于所有的進(jìn)料物流，必須規(guī)定流率、組成、熱力學(xué)狀態(tài)。本論文設(shè)定的是處理100000kmol的共沸物，設(shè)置進(jìn)料溫度25°C，壓力為1atm，進(jìn)料流量為100kmol/sec,進(jìn)料時(shí)間為1000sec,一次性進(jìn)料，原料條件的參數(shù)碳酸二甲酯一甲醇的摩爾比為3：87,萃取劑進(jìn)料溫度為25C,壓力為1atm,進(jìn)料流量為150kmol/sec,萃取劑含量大于0.99,定為1。2.3.3定義模塊參數(shù)全局信息設(shè)置、組分、物性方法將BatchFrac模塊的精餾塔塔板數(shù)為30、選擇冷凝器為全凝器、采用釜式再沸器，收斂方法采用標(biāo)準(zhǔn)方法，在操作規(guī)定下規(guī)定餾出物摩爾流率為100kmol/sec,回流比為5,每塊塔板的持液量為32kmol,萃取劑從第二塊塔板加入，設(shè)置停車時(shí)間由塔頂甲醇的摩爾濃度變化控制。操作時(shí)間最大不能超過(guò)800sec。將以上所述參數(shù)輸入軟件進(jìn)行初步運(yùn)行計(jì)算9]2.4分離工藝過(guò)程的運(yùn)行2.4.1萃取精餾階段間歇萃取精餾第一階段萃取精餾階段，這個(gè)階段從塔頂?shù)哪硥K塔板上加入萃取劑，塔釜是反應(yīng)前一次性加入的恒沸物，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間萃取劑全回流后開(kāi)始萃取恒沸物，將停止條件設(shè)置為塔頂餾出物甲醇純度大于等于0.99，如果小于0.99將停止餾出，從塔頂采出符合產(chǎn)品要求的甲醇。如圖2-1中的ME物流線。第一階段運(yùn)行結(jié)果：

batchfracStreamIDMETemperatureC6 4.5Pressurebar1.0 13VaporFrac<0.0 01MoleFlowkmol/hr311554.935MassFlo wkg/hr9.98333E+6VolumeFlowcum/hr13333.8 10EnthalpyMMkcal/hr-17443.5 87MassFracDIME T-016 7PPMETHYL-014PPBMETHA-0 11.0 00MoleFlowkmol/hrDIME T-017.4 49ETHYL-01<0.0 01METHA-0 1311547.485MoleFracDIME T-012 4PPMETHYL-011PPBMETHA-0 11.0 00圖2-2塔頂甲醇餾出物的運(yùn)行結(jié)果DistillatecompositionsTime(hr)DIMET-01ETHYL-01METHA-0100.0016533000.9983467.24039730.008353052.1699E-120.99164695圖2-3塔頂餾出物組成

EndinginventoryUnits:|kmol 三|COLUMNACCUM1COLUMNACCUM1DIMET-0112997.91522.06923407ETHYL-01129814.5460.00011708由運(yùn)行兇865.4328sec；塔內(nèi)與餾出物的摩爾量DIMET-0112997.91522.06923407ETHYL-01129814.5460.00011708由運(yùn)行兇865.4328sec；塔內(nèi)與餾出物的摩爾量持塔頂餾出物純度大甲醇的純度接近于1,甲醇餾出摩爾量為86543METHA-01 圖2-4」鑿得出在第階段保86540.9638菰于甥的反應(yīng)岫是.0381kmo。2.4.2過(guò)渡液回收階段第一階段設(shè)定的停止條件是塔頂?shù)募状己看笥诘扔?.99,超過(guò)這個(gè)反應(yīng)時(shí)間從塔頂出來(lái)的甲醇的純度不能達(dá)到要求，不能收集利用，但是由于塔釜中還有殘留的甲醇，為保證接下來(lái)的工藝中得到較純的DMC產(chǎn)品，繼續(xù)對(duì)塔釜的殘余液精餾，這個(gè)階段不添加萃取劑，規(guī)定停止為塔釜甲醇含量低于0.01。如圖1中所示的過(guò)渡液物料線。第二階段運(yùn)行結(jié)果

batchfracStream IDGDTemperatureC6 5.6Pressurebar1.0 13VaporFrac<0.0 01MoleFlo wkmol/hr1977.8 17MassFlo wkg/hr83103.2 39VolumeFlo wcum/hr1 15.9 66EnthalpyMMkcal/hr-1 40.2 82MassFracDIMET-010.3 68ET HYL-01traceME THA-010.6 32MoleFlo wkmol/hrDIMET-013 39.9 52ET HYL-01traceME THA-011637.8 65MoleFracDIMET-010.1 72ET HYL-01traceME THA-010.8 28圖2-5塔頂甲醇餾出物的運(yùn)行結(jié)果DistillatecompositionsTime(hr)DIMET-01ETHYL-01METHA-0100.0088799200.99112008.001526090.69789832.6062E-340.3021017圖2-6塔頂餾出物組成EndinginventoryUnits:COLUMNDIMET-0112626.5136ETHYL-0164922.4845ACCUM1177.451131Units:COLUMNDIMET-0112626.5136ETHYL-0164922.4845ACCUM1177.4511317.2893E-27METHA-01圖2-7塔內(nèi)與餾出物各物質(zhì)的摩爾量8^.474613由運(yùn)行結(jié)匿圖得出在第二階段保木游釜甲醇純度小等于平印的反應(yīng)時(shí)間是5.493924sec,過(guò)渡液餾出摩爾量為764.92575kmoL占總量的0.0097,占有量少，運(yùn)用簡(jiǎn)

單精餾進(jìn)行分離即可。2.4.3萃取劑回收階段萃取劑回收階段的目的是把產(chǎn)品DMC與萃取劑EC分離，又可稱為是產(chǎn)品DMC的收集階段，此時(shí)塔釜中的主要成分^MC和萃取劑EC的混合物。因?yàn)樘妓嵋蚁ヅc碳酸二甲酯的沸點(diǎn)相差甚大，精餾較容易進(jìn)行，設(shè)定停止條件是塔頂?shù)奶妓岫柞ズ看笥?.99,得到符合要求SMC產(chǎn)品從塔頂獲得，如圖2-1中所示的DMC物料線。塔釜中剩余的即為含有少量雜質(zhì)的萃取劑，進(jìn)一步地精制可得較純的EC，可回收利用。第三階段運(yùn)行結(jié)果：batchfracStream IDDMCTemperatureC90.2Pressurebar1.01 3VaporFrac<0.00 1Mole Flowkmol/hr45872.35 3Mass Flowkg/hr4.13127E+6VolumeFlowcum/hr4174.42 8EnthalpyMMkcal/hr-65 38.567Mass FracDIMET-0 11.00 0ETHY L-01429PPBMETHA-0 1115PPMMole Flowkmol/hrDIMET-0 145857.56 3ETHY L-010.02 0METHA-0 114.77 1Mole FracDIMET-0 11.00 0ETHY L-01438PPBMETHA-0 1322PPM圖2-5塔頂甲醇餾出物的運(yùn)行結(jié)果

DistillatecompositionsTime(hr)DIMET-01ETHYL-01METHA-0100.7046084100.29539159.03539530.999996343.6563E-061.4562E-28圖2-6塔頂餾出物組成EndinginventoryUnits: |kmolCOLUMNACTUM1COLUMNACTUM11274.23由運(yùn)彳丁結(jié)08sec；DIMET-01165.7407821273S.2119ETHYL-01129814.2660.005585901274.23由運(yùn)彳丁結(jié)08sec；DIMET-01165.7407821273S.2119ETHYL-01129814.2660.00558590METHA-01 圖2-7塔內(nèi)與餾出物摩爾量果圖得出在第一階段保持塔頂餾出物純度大于等于t羿的反應(yīng)時(shí)間是碳酸一甲酯的純度接近于1,碳酸二甲酯餾出摩爾量為12742320』mol。4.102994312.5靈敏度分析及過(guò)程優(yōu)化2.5.1靈敏度分析簡(jiǎn)介靈敏度分析［1是檢驗(yàn)一個(gè)過(guò)程如何對(duì)變化的關(guān)鍵操作變量和設(shè)計(jì)變量反應(yīng)的一個(gè)工具，可以用它改變一個(gè)或多個(gè)流程變量并研究該變化對(duì)其它流程變量的影響。它是做工況研究的一個(gè)最有用的工具，被變化的流程變量必須是流程的輸入?yún)?shù)，在模擬中計(jì)算出的變量不能被改變?？梢杂渺`敏度分析來(lái)驗(yàn)證一個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)定的解是否在操作變量的變化范圍內(nèi)，還可以用它做簡(jiǎn)單的過(guò)程優(yōu)化，可以用靈敏度分析模塊生成隨進(jìn)料物流模塊輸入?yún)?shù)或其它輸入變量變化的模擬結(jié)果的表或圖。以便很容易地觀察不同變量間的關(guān)系。靈敏度分析模塊提供了基本工況結(jié)果的附加信息，但對(duì)基本工況模擬沒(méi)有影響，模擬獨(dú)立于靈敏度研究而運(yùn)行。因?yàn)楸菊撐娜齻€(gè)階段均在一個(gè)塔內(nèi)操作，因此對(duì)此間歇萃取精餾的第一階段萃取精餾階段以塔頂甲醇純度為依據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果是用于全部階段。

2.5.2萃取劑進(jìn)料量以萃取劑（EC）的進(jìn)料量為優(yōu)化對(duì)象，設(shè)置萃取劑進(jìn)料量下限為15kmol/sec,上限為200kmol/sec。分析后得下圖：0 25 50 75 100 125 150 175 200萃取劑進(jìn)料量kmol/sec圖2-8萃取劑進(jìn)料量與塔頂甲醇濃度關(guān)系圖由圖2-8萃取劑進(jìn)料量與塔頂甲醇濃度關(guān)系圖可見(jiàn)，當(dāng)萃取劑進(jìn)料量逐漸增大時(shí)，塔頂甲醇的濃度是先增大后減小，由于萃取劑進(jìn)料量過(guò)少時(shí)不能達(dá)到要求的分離效果，萃取劑進(jìn)料量過(guò)大時(shí)，會(huì)增加了塔底再沸器的熱負(fù)荷等，并且由于塔釜中萃取劑的增多，DMC會(huì)隨著上升蒸氣到塔頂，影響了分離效果。因此為獲得純度達(dá)到9%的甲醇，分析當(dāng)萃取劑進(jìn)料量達(dá)^075kmol/sec時(shí)，甲醇濃度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，故選擇萃取劑進(jìn)料量為75kmol/sec。2.5.3萃取劑進(jìn)料位置以萃取劑（EC）的進(jìn)料位置為優(yōu)化對(duì)象，設(shè)置萃取劑的進(jìn)料位置下限弛，上限為30。

8Q9^U6Q9^U4O9^U度濃醇甲頂塔0 8Q9^U6Q9^U4O9^U度濃醇甲頂塔0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20 22.5 25 27.5 30萃取劑進(jìn)料位置圖2-9萃取劑進(jìn)料位置與塔頂甲醇濃度關(guān)系圖由圖2-9萃取劑進(jìn)料位置與塔頂甲醇濃度關(guān)系圖可見(jiàn)，當(dāng)萃取劑進(jìn)料位置從第2塊塔板上移，甲醇濃度逐漸增大；當(dāng)萃取劑進(jìn)料位置從翁塊塔板下移時(shí)，甲醇濃度保持恒定。萃取劑進(jìn)料位置在第4塊塔板時(shí)，甲醇純度和回收率均可達(dá)到99%的要求，因此選取萃取劑進(jìn)料位置為第4塊塔板。2.5.4萃取劑進(jìn)料溫度萃取劑的進(jìn)料溫度也會(huì)對(duì)產(chǎn)品甲醇的濃度產(chǎn)生一定的影響，通過(guò)研究不同溫度來(lái)確以萃取劑（EC）的進(jìn)料位置為優(yōu)化對(duì)象，設(shè)置萃取劑的進(jìn)料位置下限為273K，上限為573K。69Q9^U559Q9^U59Q9^U5a9Q9^u

度濃醇甲頂塔250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500 52569Q9^U559Q9^U59Q9^U5a9Q9^u

度濃醇甲頂塔250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500 525萃取劑進(jìn)料溫度k圖2-10為萃取劑進(jìn)料溫度與塔頂甲醇濃度關(guān)系圖由圖可見(jiàn)，當(dāng)溫度不斷增加時(shí)塔頂甲醇的濃度不斷的下降，考慮經(jīng)濟(jì)等各種因素選擇常溫進(jìn)料。以摩爾回流比為優(yōu)化對(duì)象，設(shè)置摩爾回流比下限為1,上限為20。:!: DbUs 以摩爾回流比為優(yōu)化對(duì)象，設(shè)置摩爾回流比下限為1,上限為20。:!: DbUs n—60 2.55 7.5 10 12.5 15 17.5 20 22.5 25 27.5 30精餾理論塔板數(shù)5/Q9o5Q9o5zy9O度純醇甲5 7.5 10 12.5 15 17.5 20摩爾回流比圖2-11為摩爾回流比與塔頂甲醇濃度關(guān)系圖由圖可見(jiàn)，當(dāng)回流比從1增大到5時(shí)，塔頂甲醇的濃度逐漸增大，當(dāng)回流比繼續(xù)增大時(shí)，產(chǎn)品濃度增加逐漸變緩趨于穩(wěn)定?；亓鞅葹?時(shí)以可以達(dá)到任務(wù)，故選擇回流比為5。2.5.6精餾塔塔板數(shù)以萃取精餾塔塔板數(shù)為優(yōu)化對(duì)象，設(shè)置萃取精餾塔塔板數(shù)下限為6,上限為30。圖2-23為塔板數(shù)與塔頂甲醇濃度關(guān)系圖由圖可見(jiàn)，塔頂濃度隨著塔板數(shù)增加而逐漸增大，而當(dāng)塔板數(shù)達(dá)到20后趨于平緩，已達(dá)到分離要求，考慮到造價(jià)等因素，選擇塔板數(shù)為20塊。3結(jié)果與討論1.使用化工過(guò)程模擬軟件ASPENPLUS，以UNIFAC方程作為物性計(jì)算方法，對(duì)碳酸二甲酯-甲醇體系的間歇萃取精餾過(guò)程進(jìn)行了流程模擬計(jì)算，主要以精制碳酸二甲酯產(chǎn)品并得到較純的甲醇流出物為目標(biāo)，對(duì)常壓間歇萃取精餾塔的重要工藝參數(shù)萃取劑進(jìn)料量、萃取劑進(jìn)料位置、萃取劑進(jìn)料溫度、回流比和塔板數(shù)進(jìn)行了靈敏度分析，確定了比較理想的工藝參數(shù)。2.優(yōu)化后塔頂三個(gè)不同時(shí)間段餾出物的純度分布。萃取精餾階段過(guò)渡液回收階段萃取劑回收階段DMC0.0020.2320.996ME0.9980.7680.004ECtraceTraceTrace優(yōu)化后塔釜萃取劑碳酸乙烯酯的回收達(dá)0.99。根據(jù)模擬結(jié)果可以得出，在處理100000kmol碳酸二甲酯、甲醇恒沸物的最優(yōu)間歇萃取精餾操作參數(shù)為：萃取劑進(jìn)料量為75kmol/sec，回流比為5,塔板數(shù)20，萃取劑在第4塊塔板進(jìn)料，萃取劑進(jìn)料溫度為25?？梢赃_(dá)到個(gè)組分的精制目標(biāo)。3.成功運(yùn)用了間歇萃取精餾BatchFrac模塊，將萃取，精餾，萃取劑的回收在一個(gè)塔內(nèi)完成，并且達(dá)到精制目標(biāo)，節(jié)約了建塔成本。參考文獻(xiàn)方宏偉，碳酸二甲酯精餾工藝的優(yōu)化與分析[J].廣東化工2005(7).43-46.胡興蘭，周榮琪，萃取精餾技術(shù)及其在分離過(guò)程中的應(yīng)用河北承德,067000.李光興，熊國(guó)璽,碳酸二甲酯-甲醇二元共沸物的分離方法[J].化工進(jìn)展，2002.21(1)：26-28.海華，孫偉，王秀麗，萃取精餾溶劑選擇的研究進(jìn)展.化學(xué)工業(yè)與工程，2002，19(1),83.88.孫蘭義，化工流程模擬實(shí)訓(xùn)[J].北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2012.8.KotaiB，LangP，ModlaG.Batchextractivedistillationasahybridprocesslseparationofminimumboilingazeotropes[J].ChemicalEngineeringScience，2007，62(23)：11.李揚(yáng)，袁蘇霞，呂效平，間歇萃取精餾分離碳酸二甲酯與甲醇恒沸物M].南京工業(yè)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院超聲化學(xué)工程研究所，江蘇南京,210009.陳敏恒，叢德滋，方圖南等.化工原理(下冊(cè))[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.SeyabARK,CaoYComputChemEng[J],2008,(32):153321545.鄭鵬，蘇德強(qiáng)，萃取精餾法精制碳酸二甲酯過(guò)程模擬研究山東飛揚(yáng)化工有限公司，山東，泰安，27199.附錄StreamID -CY1 ■CY2 ■CY ,DMC ,EC .FEED -GD ME Temperature—q 908 958 1862 898 250 250 661 645Pressure -bar 0203 0203 0203 1013 1013 1013 1013 1013VaporFrac 0007 0003 0004 0001 0000 0000 0001 <0001MoleFlow kmol/hr 28209300327933927023400153545338399269999998359999997—2753733311627827MassFlow kg/hr2.48073E+72.46820E+72.06074E+74.07458E+62.37770E+71.42513E+7125310.7711.00262E+7VolumeFlow—cum/hr 314962.022136514.731191584.110—5347.479180929561633230925133513366752Enthalpy MMkcal/hr-37906.533-37658.897-30408.396-6449.711-36657.170-24613.910—-209.687-17508.362DIMET-01— 0.167 0.166 0.001 0.999 0.296 0.459 0.006ETHYL-01 0830 0834 0999—400PPB 1000 trace— 1PPBMETHA-01— 0003211PPM trace 0001 0704 0541 0994MoleFlow kmol/hr DIMET-01_4609429645455467_2815444517551846800000 638824_705787ETHYL-01233720.942233720.942233719.991 0.019269999.998 trace———<0.001METHA-01—2277.765 162.861 trace 162.862313199.997—2114.909310922.040MoleFrac DIMET-01— 0163 0163 0001 0996 0130 0232 0002ETHYL-01 0829 0837 0999—409PPB 1000 trace— traceMETHA-01 0.008583PPM trace 0.00