四氫呋喃現(xiàn)有四氫呋喃-乙醇-水的混合物溶劑需要分離回收

1、分離工程II研究性課題現(xiàn)有四氫呋喃現(xiàn)有四氫呋喃-乙醇-水的混合物溶劑需要分離回收，其含量為（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：四氫呋喃0.936，乙醇0.0635，水0.0005，流率為300kg/h。要求把混合物分離為四氫呋喃與乙醇兩股產(chǎn)品，其中：（1）四氫呋喃中的乙醇含量低于0.0005，水低于0.0007；（2）四氫呋喃與乙醇的質(zhì)量回收率大于0.93。公用工程自己合理選擇。1.分離方法的選擇四氫呋喃和乙醇都是有用的有機(jī)化工原料，大量應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。四氫呋喃是一類雜環(huán)有機(jī)化合物。它是強(qiáng)的極性醚類之一，在化學(xué)反應(yīng)和萃取時用做一種中等極性的溶劑。無色易揮發(fā)液體，有類似乙醚的氣味。溶于水、乙醇、乙醚等，常壓下沸點為

2、65C。乙醇是一種常見有機(jī)物，能與水任意比混溶，常壓下沸點為78.8Co在Aspenplus中使用tools-ConceptualDesign-AzeotropeSearch工具對四氫呋喃、水、乙醇形成的三元物系進(jìn)行分析，得出該三元物系兩兩組合都可形成共沸物，如下圖1-1所示。因為進(jìn)料當(dāng)中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)很小，只有0.0005，所以主要考慮四氫呋喃與乙醇形成的共沸物的分離。由分離工程的知識可知，對于共沸物體系，通常不能采用普通精餾分離，而需要采用特殊精餾進(jìn)行有效分離。通過查閱文獻(xiàn)，我了解到目前對于四氫呋喃和乙醇的分離方法主要包括萃取精餾1,2,3和高低壓雙塔精餾4,5,6。萃取精餾通過向體系添加萃

3、取劑而選擇性分離出一種物質(zhì)，但是缺點是需要分離出萃取劑，同時需要補(bǔ)充萃取劑而可能在產(chǎn)品里引入新的雜質(zhì)。高低壓雙塔精餾和萃取精餾一樣也需要兩座塔，但是不需要引入另一種物質(zhì)，而只需通過改變塔壓來改變共沸物的組成實現(xiàn)有效分離，原理簡單，操作易行，不會在產(chǎn)品中引入新的雜質(zhì)。因而高低壓雙塔精餾比萃取精餾更具可行性。在方法比較的基礎(chǔ)上，我選擇高低壓雙塔精餾來實現(xiàn)該體系的分離，并借助AspenPlus流程模擬軟件實現(xiàn)工藝計算。ASPENSPLITANALYSISAZEOTROPESEARCHREPORTNumberOFCcMripunerits:PhyaiEfllProp-ertyM&dl:NRTLRKVa

4、lidlPtiaaB：VAPUIQ3AzootropQsSonetfDy丁電mpQFWQC4IW-01C2H6O-CnMimnhpi*DfCnponiitK：3*C4X001M2OIAm&ratiuro3.41CClacri1e#tfin：U罪麗刑bioMdMOIFD.83O4D-ieae陽矗RAR1S0.95150.0465Ca芒3芒0山nFEJaduJ山j(luò)_0.0005010150.2025030.3504045050.650.6C.6507075OS085D.S0961CLiquidiVaporMolefracC4H8O-01圖2-21333KPa下四氫呋喃-乙醇Txy相圖從圖中容易看出

5、壓力升高之后四氫呋喃乙醇共沸體系右移，因此我們可利用壓力不同的兩塔進(jìn)行變壓共沸精餾以所要求的分離目的。把題目給定的分離數(shù)據(jù)進(jìn)料組成、兩個共沸點數(shù)據(jù)標(biāo)繪到圖上，如圖2-3所示。分離流程為在高壓塔輸入原料，高壓塔頂共沸物D1作為低壓塔的進(jìn)料，低壓塔頂共沸物再返回到高壓塔，由此構(gòu)成循環(huán)。在高壓塔底得到四氫呋喃，在低壓塔低得到乙醇，這樣不用共沸劑，采用雙塔精餾實現(xiàn)共沸物的分離?？?霊T-xyfarClHBO-01/C2H6O-D1環(huán)10冊T-rSDrim0.00.050*10.150*20.25030.350*40.50.550.60.65Q.70.750：S0.S5090.951XLiquid/Va

6、pQrMgLfraC4H8O-01圖2-3四氫呋喃乙醇在兩個壓力下溫度組成圖D1-高壓塔塔頂共沸物；D2-低壓塔塔頂共沸物3.分離流程3.1.基本設(shè)置兩塔的理論板數(shù)和進(jìn)料位置可由經(jīng)驗初步確定，然后根據(jù)分離要求，依據(jù)能耗最小的原則，采用軟件的優(yōu)化功能（靈敏度分析、設(shè)計規(guī)定等）確定理論塔板數(shù)和進(jìn)料位置等參數(shù)。步驟1：全局性參數(shù)設(shè)置。新建Aspen文件，在“setup”頁進(jìn)行模擬基本設(shè)置，模擬類型選擇“flowsheet”如下圖3-1所示。Stafid-ard|HestTramped:Canrertralm/GlobalDe$aiplkxi|Aoxst叩DiajoslK：|FinnrelatedMa

7、tslb.M：MulcflciwVdum:Ibfl.Flm:FU:MasIkj-i:Temper丈uierelsledTemperalureDellaT:伯eelempeii-re|俅PlEMUiekPa二DellaP:atm二DlaP/Heighl:rnnnM曰加二Hi?adm-kgfAg二IrrreriE口靈sure.|Size|CunrenchCowliDfnMET_SearchTifeUrfealm&asjrerriertIrpJdalffi(LJ5-1OiJpJrKuks:IJ5-1Gkibalngt圖3-1全局性參數(shù)設(shè)置單擊“Next”按鈕，進(jìn)入組分輸入窗口，在“Component

8、ID”中輸入四氫咲喃、乙醇、水。步驟2：選擇物性方法。同時在Propertieslparameters頁面確認(rèn)NRTL-RK方程的二元交互作用參數(shù)。步驟3：繪制相圖。單擊“ToolslAnalysisIPropertylBinary工具條，打開繪制相圖窗口，在“Analysistype”欄目下選擇“Txy，表示繪制溫度組成相圖。在“Pressure欄目下選擇“Listofvalues”在空格處填寫壓力值，如圖3-2所示。單擊“Go”按鈕，繪圖結(jié)果如圖2-3所示。Analysistvpe:T:yCornpunentsCcirriponerit1:ValidphasesCorripunent2:C

9、4HSO-01二C2H60-01CompositionsB-asis:Corripunent:I-ListofvaluesMolefraction二C4H80-01wJVapor-Liquid*OverallrangeLower:Upper:Points:Increments:PropertyoptionsPropertymethod:Henrycornpunents:匚herriistriiID:Simulationapproach:GoCanceI圖3-2設(shè)置繪制相圖窗口步驟4：繪制流程圖。由以上分析，設(shè)計高低壓雙塔精餾分離四氫呋喃與乙醇共沸物的流程見圖3-3。因為兩塔壓差較大，操作溫度相

10、差亦較大。低壓塔頂共沸物進(jìn)入高壓塔之前需要升溫，高壓塔頂共沸物進(jìn)入低壓塔之前需要降溫，因此在流程圖上增加一臺循環(huán)泵和兩臺換熱器。原料從高壓塔(8atm)輸入，塔頂?shù)玫焦卜形顳1,塔底得到四氫咲喃產(chǎn)品B1,D1經(jīng)過冷凝后流入常壓塔，塔頂?shù)玫焦卜形顳2，經(jīng)過加熱后循環(huán)回高壓塔，塔底得到乙醇產(chǎn)品B2。2圖3-3雙塔雙壓共沸精餾分離四氫呋喃與乙醇的流程圖Substreamname:fMIXEDComponentValueC4H80-010.936H200.0005C2H60-010.0635Cormpositiari|Mass-Frac3Total:p步驟5：設(shè)置流股信息。把題目給定的進(jìn)料物流信息填入

11、對應(yīng)欄目中。進(jìn)料壓力應(yīng)高于塔的操作壓力，液相進(jìn)料，如圖3-4所示。FSDComponentAttr-EOOptions/SpecificationFlashOptionsReFTemperatureI圖3-4進(jìn)料物流信息步驟6：設(shè)置模塊信息。高壓塔模塊：在“BlocksIDllConfiguration文件中，有3個頁面需要填寫。先設(shè)置理論板數(shù)40，回流比為3，蒸發(fā)比為4.5，原料進(jìn)料位置為第13塊塔板，D2塔頂共沸物在D1的進(jìn)料位置為第8塊板，塔頂壓力為8atm。設(shè)置頁面見圖3-5。VConliguiatian|：iea_is|77Candensei|ThEfmDsiphmCari/irfi

12、guation/Stieams4Pressure/Corelenser|1印mosi匚hoiCoSetupCdoJctioritppe.Nurbertfstaues:CaidmserReboilerVdfclphasesCaivEfaencEEqi.jibrkjm77:zfua:i:T|MaleT|：T：oLpiai:_JMale|4.51Tpefing甲ezilicHiansFree甲就etfsIIjmratio-FeEdbasisView:Tcp/Botlcnia)b)ConfigurationJStre-amjPressure-CondenserjNameStageConventionF

13、EED13On-StageFiECVCI8Ori-SageFeedstream?c)圖3-5高壓塔頁面參數(shù)填寫低壓塔模塊：先設(shè)置理論板數(shù)20,回流比為3,蒸發(fā)比為5,D1進(jìn)料位置為16塊板，設(shè)置頁面見圖3-6。ConlisiuiidliDn|Rtemute：|/Con(fanMr|ThcrmosiphaiCaR/Cnrfigjraifcin-/Stieams/ftessurp/Contfensi|Ihenroapiionlj：SetupcplnnsCdcjjhlicnIvreNumbercfCcndeo!：Rcbaiei:YeIkIphasa*:Coni/eigetKE：20丁Bragsiki

14、zsrd1IrtalTKritlsTVopDr-UqjidTAzeotropeEgjibiiuriOperatingspeciicabon?View:|Top/0rttm川TopstagaCardensEfpcasaj陽a)b)/匚onfigurationStreamsPressureCondenserFeedstreamsNameStageConvention316On-Stage(c)圖3-6低壓塔頁面參數(shù)填寫3.2.設(shè)計規(guī)定運算上述程序我發(fā)現(xiàn)沒有達(dá)到分離要求，所以嘗試使用設(shè)計規(guī)定優(yōu)化高壓塔的操作參數(shù)，在DesignSpecs頁面中建立兩個文件，規(guī)定的兩個變量分別選擇塔底產(chǎn)物中乙醇的質(zhì)量純

15、度為0.0005和四氫呋喃在塔頂產(chǎn)物中的質(zhì)量純度為0.757操作變量分別選擇回流比和再沸比，計算結(jié)果如圖3-7所示。計算結(jié)果：回流比為6.7651，再沸比為3.6979。此時的分離達(dá)到了要求。圖3-7設(shè)計規(guī)定計算結(jié)果3.3.靈敏度分析首先對高壓塔的進(jìn)料位置進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化的變量是塔頂冷凝負(fù)荷、塔底再沸負(fù)荷，塔底四氫呋喃產(chǎn)品中四氫呋喃流量和質(zhì)量分?jǐn)?shù)。優(yōu)化結(jié)果如圖3-8所示。在四個變量當(dāng)中，首先要保證四氫呋喃的收率和純度，可選進(jìn)料板位置為11、12、13，根據(jù)負(fù)荷最低原則最佳的進(jìn)料位置為第13塊板。當(dāng)然我們?nèi)匀恍枰业剿迳系囊合嘟M成與進(jìn)料最接近的那塊板，所以作圖3-9。從圖3-9當(dāng)中我們可以看到第

16、13塊板上的液相組成最接近進(jìn)料組成：四氫呋喃0.939，乙醇0.0602。由此，我們知道第13塊板為最佳進(jìn)料位置。同理，對于回流的最佳進(jìn)料位置、低壓塔的最佳進(jìn)料位置采用同樣的方法進(jìn)行靈敏度分析優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果：回流的最佳進(jìn)料位置為第8塊板，低壓塔的最佳進(jìn)料位置為第16塊板。09660果EdE66OSLGedBBOss.op噩寧沖DI寸盤打ONSIDIg.:cl打4騎禹of磊lr-JIo.番LE.Esoxol龍曽-口聲巴時-0歹.竺叩-5-蟄密-口舌貯喬0山畧310.030.G35.L0.貧OS龍0.乏口.壬DLUJdnJArcrLUdmLUHi9.011.013.015.017019.021.0

17、23.025027.029.03Stage3-10高壓塔的溫度、氣液流量隨塔板變化圖BlockBiVjprFrails1H20権C2HA0-Q19Qoo-oflagoor33baN340窘-0竄-osclslm圖3-11高壓塔的的氣相質(zhì)量分率隨塔板變化圖低壓塔的溫度、氣液流量隨塔板變化圖3-13，氣相質(zhì)量分率隨塔板變化圖如圖3-14所示，液相質(zhì)量分率隨塔板變化圖如圖3-15所示。1.0203.04.05.0S.O708.09.010011.012.013.014.015.016.017.01B.019.020.StageQ.sOOK:Q.8o.cmQ.8是aachll-ssvhWBg0$o.s

18、w缶0-w.so.so山Hnl圖3-14低壓塔的的氣相質(zhì)量分率隨塔板變化圖OO-3W辱0昌a?呂-3寸缶呂由旳豈口心才riiKn740血0Ei師FaartrdtjiFbHbihcedVWHducedFt曰SjJzJ-”|皿Jzlpv/cc寸|=p創(chuàng)UP二J14.rM.ci二t-TW/El11Jli*rv-ijJn|址如的切如陰呵則斕iq砂zra5J3S3D713W?31UI碩冊mwi?QPIZJIMEii-w.tllKEtSJZizzwraSStLI翊pM39M4HEMWifMEl6f52WirRCT373223N翊加aZTHMTEQ71WM2*.3DI69UKL1E73IJ33Dm23IKE

19、llSMPS?nzriaiMJKTU1Z331I3HK73DHM?31皿弘曲8網(wǎng)?227&S13?伽伽再16K19B14加彌胡M；5aj7仍幣矚lQi?11S50Cri2ti411115HSiira沙活邙）125521-i如SE58頓J?送血槓no?1?圖乩何D.7WJI&OCOicffi11SH2.&I101111?(1138団4H13131345?it)514451147用細(xì)f5H：J38門衛(wèi)爲(wèi)圏inrftfB!&1?bt瞬腫1紳糕1Q1N7EM門列屈DLP1231刪勵?1叩11371DO1l3aiS24ffijTEBS&lr.iE.i17144323巧1*苗總1TOIT-打鹿IZ4T嗣E

20、TI冏陽1寸用總E耳n屈審D.7Z17O3IDiKZW甘罰EMTDBZJI陰11.EC-W33S5WCTJ3CTt!T3?閱smT取簡川己田昶潮門LI4+SK(H2145D3Kffi?nnstnKnzmnt1?巧DG田T121)1?闘D2I湘3E744-!4447tITKSSWanirr+MiCJE砂搐1icnzsiE51lisflnrnDOCSISaiB42fl沖湘EM5CBKM2M2芷灑EtHESS?91H4I3E372a22SSM4曲1釣卻伯E7SCSIKtM2519EC0l?&l3rLlE2dEt1D&123I7M115KM79FDCCffiKfiaiw?1ME70E?E卻冷E2ICU

21、MB2CS18?145528E85泗：uc至EK?I3S51S&MliSOStJEinSfifSi嗆35冷兀j山肢破ifl01231a?ill-=i?EDCtQai3IIfflEiSMI13150134djJJClt141704313輝fn冗勇KS3959&7Efltbtnw間d】T如D.723STI：300O!?SI；JI51.1廁缺0（n沁務(wù)ll-HiftlliOM矽1)laiffiW敷W?511EEG坍1罰町IEppiotzJ375UF79弗SlTMEflDJ1T351OI3WW50.1PWI173ocazsziffii1131TUI3S0CC17?=Caim?iaZa&3M5刼ZEhz

22、Hi.sipre1打盯溯尼月1旳】XUsow1陶溯323.36372151MJIC7辭1翊祐017337391DND9324D.1HS3347DIP121313ll.-tlSSD.CCffiK化0鞠3S3.M64rR3ut-sraira1*D3r4E2II6787M9DE395S8X361324asraaa:弟詼液GBB0U33S&DEEZSit3DI14DJKCL1ES907Em2124llE-723tDOBDIOStQ2a3EH129133-WJEJB曲E禺91+1岫曲I島IITiajtKJSbMi觀;i3曲血I514IDIflISbM站曲14細(xì)Dtn212n1117CliXfi血12tr

23、3Kmei并3E7丐鬥lb1卅期鬧貶昭11切啣気才瑋t27JM14351sa妙1何1日斷岀再113SCM9OKtaJEf：I)ZHWJBIW251(15僉河皆冶1忖近即nwrsffi91Q解？Z?J3JW!時眇391D1Q2B6W0(n；SE?2iIT9S?1?111工的?7135G?2紳WB5ITi坊571*in1舊5卻1K3W13CHZ72273g朝彳綁旳&3SJIMSB.72W1?：J1U183IS17D.1WHTW0012IISEHW?Q期1耐13510i2ffi加5059IB1466714戸146H240G51188351K73T&KMZ?12W1O5a33HESfir6M5TDOM

24、TKBDi向劉653DI34ffi4EL1E313EDEDPl212367HS13?aK.oowraaea2MfiBar135E33e3ECEJ5519MtSOtQE14S5?EaIH3075M2712531aarEJIETHM2E2WKQDM454HL1B4337IBDd23H5113BTI7E-DCC6K2a期ztsti135MH33E1451G2E妙14?liiSfii119714+02C5Et2l?2?MjMtSBFD-MfcS7ll7arjsiftHE-ii血弘島D.1B4MIM7(15233333nsffjfipeDC(fl2J=t：Cl2iMjS7lT筆描jffi盂百J1HJ11

25、4?拆跆l3H.0ffl75肝騎演羽M-Li?：i30mW3?譏說血ifliasstK0am軸iiasiri0血嫁1）泅漁1僂沏訓(xùn)S.SWA5中賽泗IMiiHlE2M1JK13n備和旳咔M礙ncnziywDCWI1SdDJdJFJS?137M咖3JI53K3Z.：HJ.3SKJ5I33M3B出期？194t.1JM39n.anEKfini.-saarziD72M2E1DME35I2D.i&rajwoipizjseill.S7?13D.CCTaiJl1334M2nr.flJGEM3EM1DII214X5151331210334914405312?8l5iMTEDGIrl32I6IE171144489B7SS13JDI3EJ1Idl&KOBnmj3EEE118ES7?J|9DOCMt&l口期妙12lJ?7Jna43EK17872的14?12M1213153Z?8?fc?6a乂的旺知57iHSiua?ii?Eai3UTLSfiClCll/汕血國LF&M2E37flLnJJSEi!118S8120063726Cl2iME-4l4ll33Dl2E