《工業(yè)乙醇生產(chǎn)的工藝流程模擬探析》1900字

工業(yè)乙醇生產(chǎn)的工藝流程模擬分析綜述1.1流程模擬軟件概述使用Aspenplus軟件模擬，對整個工藝流程的模擬步驟如下圖所示圖1.1Aspen建模步驟由于Aspen具有強(qiáng)大的功能，因此它已成為國內(nèi)外科學(xué)研究、設(shè)計開發(fā)和生產(chǎn)操作的一個強(qiáng)有力的工具。1.2工藝流程圖本文基于Aspen模擬軟件對繆液提純乙醇工藝進(jìn)行了全流程的模擬，模擬工藝流程圖如1.2所示。圖1.2Aspen模擬的工藝流程圖1.2.1工藝流程解讀乙醇的提濃由于水和乙醇是共沸物，采用萃取精餾的方式，以乙二醇為萃取劑，大部分水、環(huán)己醇、乙二醇從塔釜流出，流入下一精餾塔，乙醇與少量水從塔頂餾出，進(jìn)入下一個精餾塔進(jìn)行下一步精餾。1乙醇的進(jìn)一步提濃在餾出液（乙醇和少量水）中加入萃取劑乙二醇，進(jìn)行萃取精餾，從塔頂餾出符合標(biāo)準(zhǔn)的99.6%wt乙醇，塔釜流出乙二醇與少量水進(jìn)入下一反應(yīng)器萃取劑乙二醇的循環(huán)利用。將反應(yīng)液（乙二醇和少量水）加入精餾塔中，水從塔頂餾出，塔底流出乙二醇返回前步驟中重復(fù)利用。環(huán)己醇—水—乙二醇的分離將混合液（環(huán)己醇，乙二醇，水）加入精餾塔中，塔頂餾出水與環(huán)己醇的混合液，塔釜流出乙二醇參與乙醇的二次提純反應(yīng)。水與環(huán)己醇的初步分離將混合液選擇合適的塔板加入，進(jìn)行精餾，從塔釜中流出大部分符合標(biāo)準(zhǔn)的水，塔頂餾出形成共沸物的水與環(huán)己醇，進(jìn)入下一反應(yīng)器。環(huán)己醇的進(jìn)一步提純混合液流入精餾塔中，在精餾塔中加入共沸劑正己烷，塔釜流出符合標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)己醇，塔頂餾出正己烷循環(huán)利用加入反應(yīng)。1.2.2組分一覽表1.1給出了流程中所涉及到的組分，這些組分包括水、乙醇、環(huán)己醇等物質(zhì)。具體的組分如表1.1所示。表1.1組分一覽表組分ID類型組分名稱別名C6OL常規(guī)CYCLOHEXANOLC6H12O-1H2O常規(guī)WATERH2OC2H5OH常規(guī)ETHANOLC2H6O-2C6H14常規(guī)N-HEXANEC6H14-1C2H6O2常規(guī)ETHYLENE-GLYCOLC2H6O21.2.3工藝方法的選擇化工熱力學(xué)方法對模擬結(jié)果的合理性起到?jīng)Q定作用。本文所模擬的工藝流程中含有乙醇、水等極性物質(zhì)。根據(jù)物性方法選擇向?qū)?，我們選擇NRTL模型作為本次模擬的熱力學(xué)模型。所選的熱力學(xué)模型如圖1.3所示圖1.3模擬所選的熱力學(xué)模型二元交互作用的參數(shù)表1.2各組分NRTL模型二元交互作用的參數(shù)組分i組分j溫度單位AIJAJIBIJBJICIJTLOWERTUPPERC6OLH2OC00108.90341544.3130.390161C6OLC2H5OHC-0.4868-1.811557.5641975.9990.379.2149.8H2OC2H5OHC1.4578-0.8009-586.081246.180.324.99100H2OC6H14C00304015120.2055C2H5OHC6H14C00497.8083738.64020.474078.3C6OLC2H6O2C002.3983541.60930.384.64112.7H2OC2H6O2C0.3479-0.056734.8234-147.1370.330.4196.7C2H5OHC2H6O2C14.8422-0.1115-4664.41157.59370.4750190C6H14C2H6O2C-11.79744.658225547.73-474.2570.11056.85表1.1給出了流程中各組分二元交互作用的參數(shù)，這些參數(shù)為后續(xù)設(shè)計燃料乙醇的分離序列提供了依據(jù)。1.2.4模塊參數(shù)的設(shè)置本流程中的主要設(shè)備是精餾塔，精餾塔采用Radfrac模塊進(jìn)行嚴(yán)格計算。除了物性方法的選擇對模擬結(jié)果有著重要的影響外，設(shè)備參數(shù)的設(shè)置對模擬結(jié)果也有非常大的影響。塔T101的設(shè)置圖1.4塔T101的參數(shù)設(shè)置塔T101的設(shè)置包括塔板數(shù)、回流比、冷凝器再沸器的設(shè)置、流出物流率（摩爾）以及收斂算法的設(shè)置。由于流程中存在共沸體系，收斂方法應(yīng)選擇共沸或者非常不理想的液相，這里我們選擇非常不理想的液相。塔T102的參數(shù)設(shè)置圖1.5塔T102的參數(shù)設(shè)置同理塔T102的設(shè)置包括塔板數(shù)、回流比、冷凝器再沸器的設(shè)置、流出物流率（摩爾）以及收斂算法的設(shè)置。由于流程中存在共沸體系，收斂方法應(yīng)選擇共沸或者非常不理想的液相，這里我們選擇共沸。T102的塔板數(shù)為20塊，塔頂冷凝器為全冷凝，塔釜再沸器為釜式再沸器。T103參數(shù)的設(shè)置圖1.6塔T103的參數(shù)設(shè)置與T101和T102設(shè)置不同的是，T103的有效相態(tài)設(shè)置為3相，分別為氣相、液相以及干燥水。塔T104的參數(shù)設(shè)置圖1.7塔T104的參數(shù)設(shè)置塔T104的收斂方法設(shè)置為石油/寬沸程。塔T105的參數(shù)設(shè)置圖1.8塔T105的參數(shù)設(shè)置塔T106的參數(shù)設(shè)置圖1.9塔T106的參數(shù)設(shè)置1.3設(shè)計優(yōu)化我們利用軟件中的靈敏度分析功能對塔T101的進(jìn)料位置進(jìn)行了靈敏度分析。我們以乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和再沸器的熱負(fù)荷為目標(biāo)函數(shù)，考察了這兩個目標(biāo)函數(shù)隨T101進(jìn)料位置的變化。本文以這兩個參數(shù)為目標(biāo)函數(shù)，同時兼顧了產(chǎn)品質(zhì)量純度和工藝過程的操作費(fèi)用，即在滿足分離要求的同時，盡可能的降低操作費(fèi)用。表1.3靈敏度分析結(jié)果一覽表Row/CaseStatusVARYT10111FEEDSSTAGEC2H5OH

REBDUTY

KJ/HR1OK50.86132210237256.52OK60.87844910255531.33OK70.89019710269484.94OK80.89899410280664.85OK90.90617410290216.36OK100.91293910299644.17OK110.91293910299644.18OK120.91293910299644.19OK130.91293910299644.110OK140.91293910299644.111OK150.91293910299644.112OK160.91293910299644.113OK170.91293910299644.114OK180.91293910299644.115OK190.91293910299644.116OK200.91293910299644.117OK210.91293910299644.118OK220.91293910299644.119OK230.91293910299644.120OK240.91293910299644.121OK250.91293910299644.122OK260.91293910299644.123OK270.9129391029964424OK280.9129391029964425OK290.9129391029964426OK300.9129391029964427OK310.9129391029964428OK320.9129391029964429OK330.9129391029964430OK340.9129391029964431OK350.9129391029964432OK360.9129391029964433OK370.9129391029964434OK380.9129391029964435OK390.9129391029964436OK400.9129391029964437OK410.91293910299641.938OK420.91293910299641.939OK430.91293910299641.940OK440.91293910299641.941OK450.91293910299641.942OK460.91293910299641.843OK470.91293910299641.744OK480.91293910299641.345OK490.91293810299642.146OK500.91293610299638.947OK510.91292910299629.548OK520.9129110299602.649OK530.9128