Aspen Plus分离苯-乙腈体系流程的优化
萃取精馏隔壁塔三种等价模型分离乙腈-水体系流程模拟与优化
(Shengli College, China University of Petroleum, Dongying 257061, Shandong, China)
Abstract: Three equivalent models of the dividing wall columns were used to simulate the separation of acetonitrile-water with
Aspen Plus. Through the analysis of sensitivity, TA C and energy consumption, the applicability of different equivalent models in
separating azeotropic systems was studied. The results show that for the extractive distillation, the three equivalent models of the dividing wall columns can be used to simulate the separation of acetonitrile-water system. Each model reflects the energy-saving effect, compared with the traditional extractive distillation column, the two-tower model saves 12.62% , the three-tower model saves 22.28% , and the four-tower model saves 14.10% . In terms of total cost, the three-tower model is 11.73% less than the two-tower model, and 15.26% less than the four-tower model.
萃取精馏分离甲醇-乙腈共沸体系的过程模拟
山 东 化 工 收稿日期：２０１８－０３－０２基金项目：贵州省教育厅青年科技人才成长项目（黔教合ＫＹ字［２０１７］２５８）；贵州省教育厅教学内容与课程体系改革项目（ＧＺＳＪＧ１０９７７２０１６０４）；六盘水师范学院科学研究项目（ＮＯ：ＬＰＳＳＹ２０１７０２）；六盘水师范学院本科教学工程项目（ＮＯ：ＬＰＳＳＹｚｙｊｙｐｙｊｈ２０１７０２）；贵州省普通高等学校煤系固体废弃物资源化技术创新团队（Ｎｏ：黔教合人才团队字［２０１４］４６号）；贵州省教育厅特色重点实验室项目（［２０１１］２７８）；贵州省煤炭资源清洁高效利用科研实验平台（黔科平台［２０１１］４００３号）作者简介：丁亚松（１９９３—），工学学士，贵州绥阳人，主要从事化工过程模拟方面的研究；通讯作者：王克良（１９８４—），黑龙江齐齐哈尔人，硕士，副教授，主要从事化工传质与分离、节能方面的研究。
萃取精馏分离甲醇－乙腈共沸体系的过程模拟丁亚松１，李武勇１，秦应红１，王克良１，连明磊１，杜廷召２（１．六盘水师范学院化学与材料工程学院，贵州六盘水 ５５３００４；２．中国石油工程建设有限公司华北分公司，河北任丘 ０６２５５２）摘要：运用ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ软件对双塔萃取精馏工艺分离甲醇－乙腈共沸物的过程进行模拟与分析，筛选出最佳萃取剂为环丁砜，物性方程选ｗｉｌｓｏｎ。
运用Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ工具确定了此流程最佳工艺参数和分离效果，产品纯度如下：甲醇的质量分数达９９．９５％，乙腈的质量分数达９９．９９％。
关键词：萃取精馏；ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ；甲醇；乙腈中图分类号：ＴＱ０２８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１８）１０－００６０－０３ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＥｘｔｒａｃｔｉｖｅＤｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓｆｏｒＭｅｔｈａｎｏｌ－ａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅＡｚｅｏｔｒｏｐｅＤｉｎｇＹａｓｏｎｇ１，ＬｉＷｕｙｏｎｇ１，ＱｉｎＹｉｎｇｈｏｎｇ１，ＷａｎｇＫｅｌｉａｎｇ１，ＬｉａｎＭｉｎｇｌｅｉ１，ＤｕＴｉｎｇｚｈａｏ２（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬｉｕｐａｎｓｈｕｉＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＬｉｕｐａｎｓｈｕｉＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌｉｕｐａｎｓｈｕｉ ５５３００４，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｉｎａＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＣｏｒｐ．ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＣｏｍｐａｎｙ，Ｒｅｎｑｉｕ ０６２５５２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｅｘｔｒａｃｔｉｖｅｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｍｅｔｈａｎｏｌ－ａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅａｚｅｏｔｒｏｐｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｕｓｉｎｇＡｓｐｅｎＰｌｕｓ．ｔｈｅｂｅｓｔｅｘｔｒａｃｔａｎｔｉｓｓｕｌｆｏｘｉｄｅ，ａｎｄＴｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｉｓＷｉｌｓｏｎ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｓｅｐａｒａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓａｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｔｏｏｌ．Ｔｈｅｐｕｒｉｔｙｏｆｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｓａｓｆｏｌｌｏｗｓ：ｔｈｅｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎｏｆｍｅｔｈａｎｏｌｉｓ９９．９５％，ａｎｄｔｈｅｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎｏｆａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅｒｅａｃｈｅｓ９９．９９％．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｘｔｒａｃｔｉｖｅｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ；ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ；ｍｅｔｈａｎｏｌ；ａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅ１ 引言甲醇－乙腈混合物常压下形成共沸物，所述共沸组成为８１％的甲醇和１９％乙腈（质量分数）［１］。
ASPEN PLUS模拟计算甲醇、水、乙腈三元体系的乙腈提纯
ASPEN-PLUS模拟计算甲醇、水、乙腈三元体系的乙腈提纯实验以硫酸二甲酯和氰化钠在水溶液中直接反应制得乙腈反应产物。
混合产品用碱等化学方法处理。
主要成分为乙腈、水、甲醇、硫酸钠和甲酸钠。
这种单相混合系统，根据不同的沸点，常压蒸馏法可用于分离有机物从水相中，但由于甲醇、乙腈和水会形成共沸混合物，所以液为蒸馏水、乙腈和甲醇的混合三元，其中绝大部分是水（超过45%）和乙腈（51%或更少），甲醇含量低（4%或以下）。
对三元混合物系进行精馏提纯。
实验使用Aspen对三元混合物系进行模拟精馏，预设脱甲醇塔、减压精馏塔、加压精馏塔分别对甲醇和水进行脱除达到纯度要求。
实验装置如图1.1.1甲醇的脱除三元混合物系中甲醇与乙腈形成共沸物，乙腈与水也形成共沸物，但甲醇与水不形成共沸混合物，并且其量少，因此可采用常规精馏的方法先将甲醇从乙腈和水的混合物中分离。
由于是三元理想体系，除去甲醇后即剩下乙腈和水，这也是历来分离较有难度的精馏，在下文工业精馏模拟中也有提到。
1.2实验原料实验乙腈原料组成(质量分数)为:乙腈50.00%,丙烯腈0.35%,氢氰酸3.40%,水42.95%，其他2.3%。
原料设计进料量为300Kg/h。
1.3乙腈产品质量指标表2.1乙腈产品质量指标项目优级品一级品合格品外观无色透明无悬浮物无色透明无悬浮物透明无悬浮物允许带微黄色色度号（铂-钴）≤10≤10≤200.781~0.7840.781~0.7840.781~0.784密度（20℃/（g*cm-3）沸程（101.33kPa）/℃80.0~82.080.0~82.080.0~82.0酸度（以乙酸计）/%≤0.03≤0.06≤0.05 W（水分）/%≤0.3≤0.3≤0.5W（氢氰酸）/%≤0.001≤0.002W（氨）/%≤0.0006≤0.0006W（丙酮）/%≤0.005≤0.005≤0.005W（丙烯腈）/%≤0.01≤0.03≤0.05W（重组分（含丙腈））≤0.1≤0.5/%W（铁）/%≤0.00005≤0.00005W（铜）/%≤0.00005≤0.00005纯度/%≥99.5≥99.0≥98.01.4实验流程采用的分离工艺流程由脱氢氰酸塔、化学处理单元、脱丁二腈塔、减压精馏塔、加压精馏塔组成。
乙腈-水的变压精馏分离模拟与优化
乙腈-水的变压精馏分离模拟与优化杨倩;王彩琴【摘要】利用乙腈-水体系在不同压力下共沸点有较大的变化特性,采用变压精馏对该物系进行高纯度的分离研究.基于Aspen Plus流程模拟软件,采用WILSON物性方程进行模拟,模拟结果表明:在0.35 MPa和0.101 MPa下,共沸点组成变化为8％;采用高压塔和低压塔工艺,可以有效分离,得到纯度较高的乙腈与水,其中高压塔塔板数30,进料位置15,回流比为1,采出率为0.199;低压塔塔板数24,进料位置第10块板,回流比0.2.%Pressure swing distillation was used for the separation of acetonitrile and water since the azeotropic point of the system varies with pressure. Based on Aspen Plus simulation software , using the WILSON physical equation to simulate, the results showed:the composition of azeotrope changed to 8％due to the pressure changed from 0.35 MPa to 0.101 MPa. So the process of high pressure tower (HP) and low pressure tower (LP) was taken into consideration, which could get a higher purity of acetonitrile and water. For HP tower,30 of theoretical plate numbers, 15th of the feeding plate and 1 of reflux ratio, in which the bottom rate of the feed ratio was 0.199. For LP tower , the plate numbers were 24 with the feed position 10th plate in the reflux ratio of 0.2.【期刊名称】《浙江化工》【年(卷),期】2018(049)005【总页数】4页(P28-31)【关键词】变压精馏;流程模拟;共沸;回流比【作者】杨倩;王彩琴【作者单位】陕西能源职业技术学院, 陕西咸阳 712099;陕西能源职业技术学院,陕西咸阳 712099【正文语种】中文0 引言乙腈是优良的有机溶剂，能溶解多种有机、无机和气体物质，能发生典型的腈类反应，是重要的有机合成中间体；此外，在织物染色、照明、香料制造及感光材料制造中也有许多用途[1]。
基于 Aspen Plus 连续萃取精馏过程概念设计及优化
基于 Aspen Plus 连续萃取精馏过程概念设计及优化刘艳杰;王桂英;潘高峰【摘要】基于Aspen Plus软件，以正庚烷-甲苯-苯酚体系为例，概念设计和优化连续萃取精馏过程。
在满足产品正庚烷摩尔分数0.995以上条件下，设计和优化结果为：理论板数为30，原料进料第23板，萃取剂进料第9板，回流比6.5，溶剂比2.2，在此优化条件下，产品正庚烷摩尔分数达到0.998。
设计结果可为工业化设计提供理论依据和设计参考。
%Concept design and optimization for continuous extractive distillation was executed with N -heptane -toluene-phenol system as example by Aspen Plus software.Aimed at the n-heptane mole fraction of above 0.995 in the products , the results of design and optimization showed that parameters of extractive distillation were the number of theory plates of the whole tower 30, the mixture feed at 23rd plate, the solvent feed at 9th plate, reflux ratio 6.5 and the solvent ratio 2.2.Under the conditions , the n -heptane mole fraction reached 0.998.The results of concept design and optimization would provide a theory basis and design reference for the industrial design.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2014(000)020【总页数】3页(P66-67,79)【关键词】Aspen Plus;萃取精馏;概念设计;优化【作者】刘艳杰;王桂英;潘高峰【作者单位】吉林化工学院化工清洁生产技术吉林省高等学校重点实验室，吉林吉林 132022;吉林化工学院化工清洁生产技术吉林省高等学校重点实验室，吉林吉林 132022;吉林化工学院化工清洁生产技术吉林省高等学校重点实验室，吉林吉林 132022【正文语种】中文【中图分类】TQ028Aspen Plus 是基于稳态模拟、优化、灵敏度分析和经济评价的大型通用化工流程模拟软件，广泛应用于化工过程的各个方面。
变压精馏分离乙腈-正丙醇过程模拟与优化
变压精馏分离乙腈-正丙醇过程模拟与优化唐建可;马春蕾;王琦【摘要】基于乙腈和正丙醇二元共沸特性的分析,提出变压精馏分离乙腈和正丙醇共沸物的工艺.利用Aspen Plus软件,以Wilson模型为物性计算方法对分离过程进行模拟,以再沸器总热负荷最低为优化目标,分析高压塔和常压塔理论板数、回流比和进料位置对再沸器总热负荷的影响.结果表明,变压精馏能够实现乙腈和正丙醇的有效分离,两者质量分数均为99.90％.利用高压塔塔顶气相潜热作常压塔塔釜再沸器热源进行热量集成,热集成变压精馏相比于传统变压精馏再沸器热负荷节能28.43％,冷凝器热负荷节能31.95％.与以N-甲基吡咯烷酮为萃取剂的萃取精馏工艺相比,热集成变压精馏工艺更适合乙腈和正丙醇共沸物的分离.【期刊名称】《精细石油化工》【年(卷),期】2018(035)004【总页数】6页(P62-67)【关键词】乙腈;正丙醇;Aspen Plus;热集成;变压精馏;节能【作者】唐建可;马春蕾;王琦【作者单位】太原工业学院化学与化工系,山西太原030008;太原工业学院化学与化工系,山西太原030008;太原工业学院化学与化工系,山西太原030008【正文语种】中文【中图分类】TQ028.3+1乙腈是一种重要的有机中间体和性能优良的溶剂，可用于制造香料和维生素B1等，也可用作丙烯腈合成纤维的溶剂[1]。
正丙醇是一种重要的有机溶剂，用作植物油类、树脂类和乙基纤维素等的溶剂。
常压下乙腈和正丙醇会形成二元最低共沸物，其中乙腈含量为72.5%(质量分数)，共沸温度为80 ℃，采用普通的精馏方法难以实现二者的分离[2]。
目前二元共沸物的分离方法主要有共沸精馏、萃取精馏、变压精馏等。
赵含雪等[2]采用N-甲基吡咯烷酮(NMP)作萃取剂，对乙腈-正丙醇分离过程进行了研究，可得到质量分数99.3%的乙腈。
马春蕾等[3]采用分壁式萃取精馏对乙腈-正丙醇的分离进行模拟研究，可得到质量分数99.59%的乙腈和99.12%的正丙醇。
苯乙烯分离装置全流程模拟与优化
0. 000 0. 000 5.097 0. 000 94.903
0. 797 5.659 0. 154 93.390 0. 000
0. 797 5.659 0. 154 93.390 0. 000
0. 000 0. 102 0. 164 99. 734 0. 000
12.500 87. 253 0.000 0.247 0.000
理论板数
80
14
36
25
进料位置
36
6
16
13
塔顶采出量/( k/ • h _ , )3 764 6 000
240
30
回流比
7.7 0. 01
30
11
流股号 温度/X 压力/MPa 流量/(kg ・h")
苯 甲苯 苯乙烯 乙苯 正十七烷 质量分数,％ 苯 甲苯 苯乙烯 乙苯 正十七烷
01 45.00 0. 100
0. 14 209. 27
0. 00 0.59 0. 00
0. 300 2. 130 60. 120 35.210 2. 240
0. 000 0. 000 96.315 0. 093 3.592
0. 797 5.659 0. 154 93.390 0. 000
0.000 0.000 99.903 0.096 0.001
从图2中可以看出：随着进料位置的升高，塔 顶乙苯和塔底苯乙烯的质量分数均先不断增加, 当进料位置为第36块理论板时，塔顶乙苯和塔底 苯乙烯的质量分数保持不变，因此选择第36块理 论版作为最佳进料位置。
收稿日期:2021 -03 -10；修回日期:2020 -04 -13。 作者简介:李政（1992—）,男，2019年毕业于华东理工大学 化学工程与技术专业，硕士研究生，现在中国石化齐鲁分公 司研究院从事石油加工与化工流程模拟研究工作。E mail ：lizhen/ecust@ 163. com。
乙腈-水共沸体系的变压精馏模拟与优化
乙腈－水共沸体系的变压精馏模拟与优化侯涛1，高晓新2【摘要】利用Aspen Plus化工模拟流程软件对乙腈－水共沸体系进行变压精馏模拟分离研究。
选择UNIQUAC物性计算模型确定变压精馏的工艺流程，通过灵敏度分析模块分别考察高压塔和常压塔的进料板位置和回流比对分离效果的影响。
模拟结果表明，当塔操作压力为350kPa，塔板为30块，进料板为第10块塔板，回流比为1.5，在塔底可以得到质量分数为99.7%的产品乙腈。
【期刊名称】石油化工高等学校学报【年(卷),期】2014(000)002【总页数】5【关键词】乙腈－水；变压精馏；模拟；优化在化工、医药等生产过程中，乙腈能发生典型的腈类反应，并被用于制备许多典型含氮化合物，是一个重要的有机中间体。
在溶剂回收过程中经常遇到乙腈和水的分离问题。
但是，乙腈和水物系形成二元最低共沸物（恒沸物）［1］。
溶剂回收时要得到高纯度的乙腈，用常规精馏无法完成［2］。
对于共沸精馏［3］、萃取精馏［4］这些特殊精馏方式［5］，通常要引入分离介质，能耗较高，而且产品中容易夹带分离介质。
当共沸物系对压力变化敏感时，可以采用变压精馏的方式进行有效分离，避免引入其它物质增加后续分离［6－9］。
二元恒沸物随着操作压力的改变，共沸组成也随之改变，二元恒沸物会在某个压力下消失，或在适当的压力范围内，共沸组成的摩尔分数变化大于5%时，可以采用在不同压力下串联操作的两个不使用溶剂的塔，这种过程称为变压精馏或双塔精馏。
变压精馏是通过改变压强跨过共沸组成从而对共沸体系进行有效分离的过程。
由于乙腈－水共沸体系对压力变化比较敏感，本文通过Aspen Plus对乙腈－水体系进行变压精馏模拟，并通过灵敏度分析模块考察分离塔的进料板位置和回流比对分离效果的影响［10－11］。
1 特性计算模型和压强的选择1.1 物性计算模型的选择选择合适的物性计算方法是模拟结果好坏的关键。
ASPEN PLUS软件中有比较全面、完善的物性计算模型，模型如图1所示。
分离工程大作业--乙腈与水变压精馏模拟过程
建立如图所示的流程图。
流程的描述：原料在合适的位置进入低压塔TOWER1，塔顶出共沸组成，塔底为水出口；塔顶共沸组成经泵加压后进入高压塔TOWER2，塔底为合格的已经产品，塔顶为高压下共沸物，循环回一塔TOWER1。
(2)物性方法的选择根据文献介绍，用ASPEN物性数据库中的NRTL模型计算得出的乙腈-水共沸物的汽液平衡数据和实际值基本一致，故选用NRTL模型为本次模拟的物性方法。
(3)模拟参数进料组成为60%的乙腈和40%的水(质量分数),假定流量为100kg/h。
分离出的产品：99.9%乙腈（质量分数）。
(4)两塔的压强的确定根据变压精馏的原理可得，不同压力下的共沸组成差别越大，循环的物流量就越少，循环量越少，那么能耗就会相应地降低；但是高压或者是真空下操作又会影响我们塔的投资费用。
经过文献调研，吸取他人的工程经验最终选择0.4bar和3.5bar。
作为塔的操作压力。
根据变压精馏的原理可得：当压力确定时，流程中每一股物流的量大致是确定的。
可以根据公式（书上的公式）计算出。
也就是说，塔的塔顶采出率和塔底采出率都是定值，也只有在这个定值下，流程才能够物料守恒而收敛。
同时由于，如果两塔同时给定塔顶采出率或者塔底采出率时，很难收敛。
故选择TOWER1给定塔顶采出率，TOWER2给定塔底采出率。
所以，先计算出大概的初值，然后再在附近调试，是流程能够顺利收敛。
最终初次收敛时的参数如下图所示：TOWER1的初始参数如下图所示：TOWER2初始参数如下图所示:(6)流程的优化（这个想一想）根据变压精馏的原理(1)分离要求对回流比无明显要求，0.1,0.01，0.001都能满足分离要求。
（可能没到那个限度吧？思考ing）(2)鉴于此，将回流比分别定为0.001和0.005；在此回流比下对塔板数进行灵敏度分析，观察塔板数和进料位置对产品纯度的影响。
低压塔的灵敏度分析：S-1:进料位置为3；最终选择8块板。
S-2：塔板数为8；最终选择3.高压塔的灵敏度分析：S-1:进料位置为3；最终选择10块板。
Aspen Plus分离苯-乙腈体系流程的优化
图2-2溶剂进料位置对塔顶组成的影响
由图2-2可知，当萃取剂进口N1位于第5块板时，塔顶产品的组成XD达到最大值99.95%；随着N1的增大，X无明显变化，直至N1为13时；当N1≥13时，X呈明显的下降趋势。由此可知，萃取剂的最佳进口位置为第5块板。
0.0286
24
0.8292
0.1424
0.0284
25
0.7798
0.1919
0.0283
26
0.7126
0.2589
0.0285
27
0.6241
0.3465
0.0294
28
0.5177
0.4520
0.0303
29
0.4096
0.5653
0.0250
30
0.2667
0.7053
0.0279
31
0.1480
0.0015
0.0301
9
0.9678
0.0020
0.0301
10
0.9671
0.0028
0.0301
11
0.9662
0.0038
0.0301
12
0.9649
0.0050
0.0301
13
0.9633
0.0067
0.0300
14
0.9612
0.0088
0.0300
15
0.9585
0.0116
0.0299
Keyword:Benzene-acetonitrilesystemExtractive distillation Extractant DMSOAspen Plus
“卓越计划”下化工分离工程教学中引入Aspen Plus
广 东 化 工
ｗｗｗ． ｇ ｄ ｃ ｈ ｅ ｍ． ｃ ｏ ｍ ｌ ０７
“ 卓越计划 ， ， 下 化 工分 离工程 教学 中引入 Ａｓ ｐ ｅ ｎ Ｐ ｌ ｕ ｓ
杨 家 军 ，张 吉波 ，刘 艳 杰 ，高 华 晶 ，刘 伶
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｃｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ： Ｐ Ｅ ＴＯＥ： Ａｓ ｐ ｅ ｎ Ｐ ｌ ｕ ｓ ： Ｅｄ ｕ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｒｅ ｆ ｏ ｒ ｍ
２ Ｏ １ ｌ午 ，我 校 的化 学工 程 与工 艺 专业 成为 教 育部 第二 批“ 卓 越 工 程师 教 育培 养 计划” （ 以下 简称“ 卓 越 计划” ） 专 业 。随后 ，形成 的 化 学 工 程 与 工 艺 专 业（ 以下 简 称 化 工 专 业 ） 卓 越 班 施 行 单独 授 课 。在化 工 专业 的 专业课 中，化 ［ 分离 工程 课是 重要 的 一 ¨，其 内容 涉及 并应 了化 工 原理 、物 理化 学 和化 工热 力 学等 多 门基础 课 。“ 卓越 计 划” 提 出在 教 学形 式上 要 着力 推行 基 于 问题 、案例 和 项 目的 学 习等 多种 研 究性 学 习 方法 …。为 了适 应 “ 卓 越计 划” 的要 求 ，化工 分 离工程 课 的教 学 组织 形式 和教 学 方法 需要 相应 的 改革 才能 实现 课程 目标 。化工 分离 工程 课 内容 涉 及广泛 、工程 应用 背 景强 ， 而 且 课程 大部 分 内容 中的计 算 复杂 ，多需 要迭 代编 程求 解 ， 如多 组分 相平 衡 、泡 露点 、闪蒸 、精 馏和 吸 收 的严 格 计算 等 。在 学 习这螳 内容时 ，很 多学 生觉 得影 响 他们 解 决 问题 的最大 障碍 是 复杂 的迭 代计 算 。教 师也 会觉 得对 于 这些 内容 的计 算 过程 过 多讲 解 ，并不 会 使学 生对 相关 号 业 知识 有 更好 的理 解 ，并 且无 论 在课 堂 上 还是 课后 ，这 样 的讲 解时 间必 定 是有 限 的 。根 据 本校 化１ 二 专 业 的 课程 设 置 ，“ 化 工过 程 模拟 实 训” 课 先 于“ 化工 分 离 工程” 课 进 行 。“ 化 工过 程模 拟 实训 ” 课主 要对 化 工过程 模拟 软 件 Ａｓ ｐ ｅ ｎ Ｐ ｌ ｕ ｓ 进 行 讲解 与应 用 训练 。根 据化 工 分离 工程 课 自身 的 内容和 特 点 ， 以及 本专 业 自身 的课程 设置 ，将 Ａ ｓ ｐ ｅ ｎ Ｐ ｌ ｕ ｓ 引入 到化 工分 离 ： ［ 程 的 教 学ｑ ， 以解决 迭 代计 算量 大 的 问题 ，同时 模拟 软 件的 引入 会 加 强 学生 对课程 内容 本身 的理 解 ，也 会提 高学 生分 析 和解 决实 际 工 程 问题 的能 力 ， 最终 会更 好 的实现 课 程 目标 。 以下将 Ａｓ ｐ ｅ ｎ Ｐ ｌ ｕ ｓ 弓 Ｉ 入 到卓越 班 化工 分 离工程 课教 学 后的 几点 体会 介绍 如下 。
分离工程大作业乙腈与水变压精馏模拟过程
(1)流程的确定建立如图所示的流程图。
流程的描述：原料在合适的位置进入低压塔TOWER1，塔顶出共沸组成，塔底为水出口；塔顶共沸组成经泵加压后进入高压塔TOWER2，塔底为合格的已经产品，塔顶为高压下共沸物，循环回一塔TOWER1。
(2)物性方法的选择根据文献介绍，用ASPEN物性数据库中的NRTL模型计算得出的乙腈-水共沸物的汽液平衡数据和实际值基本一致，故选用NRTL模型为本次模拟的物性方法。
(3)模拟参数进料组成为60%的乙腈和40%的水(质量分数),假定流量为100kg/h。
分离出的产品：%乙腈（质量分数）。
(4)两塔的压强的确定根据变压精馏的原理可得，不同压力下的共沸组成差别越大，循环的物流量就越少，循环量越少，那么能耗就会相应地降低；但是高压或者是真空下操作又会影响我们塔的投资费用。
经过文献调研，吸取他人的工程经验最终选择和。
作为塔的操作压力。
(5)流程的模拟根据变压精馏的原理可得：当压力确定时，流程中每一股物流的量大致是确定的。
可以根据公式（书上的公式）计算出。
也就是说，塔的塔顶采出率和塔底采出率都是定值，也只有在这个定值下，流程才能够物料守恒而收敛。
同时由于，如果两塔同时给定塔顶采出率或者塔底采出率时，很难收敛。
故选择TOWER1给定塔顶采出率，TOWER2给定塔底采出率。
所以，先计算出大概的初值，然后再在附近调试，是流程能够顺利收敛。
最终初次收敛时的参数如下图所示：TOWER1的初始参数如下图所示：TOWER2初始参数如下图所示:(6)流程的优化（这个想一想）根据变压精馏的原理(1)分离要求对回流比无明显要求，,，都能满足分离要求。
（可能没到那个限度吧思考ing）(2)鉴于此，将回流比分别定为和；在此回流比下对塔板数进行灵敏度分析，观察塔板数和进料位置对产品纯度的影响。
低压塔的灵敏度分析：S-1:进料位置为3；最终选择8块板。
S-2：塔板数为8；最终选择3.高压塔的灵敏度分析：S-1:进料位置为3；最终选择10块板。
Aspen Plus在模拟分离乙腈-水过程中的应用
参数，具体结果如表 １所示。 表 １ Ｗｉｌｓｏｎ方程中乙腈 －水物系二元交互作用参数组分 １ 组分 ２ａ１２ａ２１ｂ１２
ｂ２１
乙腈
水
０
０
－７０１．６ －３５１．７
１．２ 进料与分离要求
进料量为 １０００ｋｇ／ｈ，进料温度为 ３５℃，可以参照常压下乙 腈和水的共沸组成进料，乙腈的质量分数为 ０．８４，水的质量分 数为 ０．１６，最终分离要求乙腈产品的纯度达 ９９．５％，要求废水 中乙腈的质量分数小于 ０．５％。
乙腈与水会 形 成 最 低 共 沸 物，共 沸 体 系 的 质 量 组 成 分 别 为：乙腈 ８４％、水 １６％，共沸温度 ７６℃［７］。因此，利用普通的精 馏方法很难分 离 ［８］。共 沸 体 系 的 分 离 一 般 是 利 用 消 除 共 沸 或 改变共沸组成的方法进行分离提纯［９］，常用的方 法 有 共 沸 精 馏、萃取精馏、变压精馏，吸附和渗透汽化等 。 ［１０－１５］
变压精馏主要是通过利用不同的压力变化来影响共沸物 共沸点的 变 化，从 而 达 到 分 离 目 的。本 论 文 就 是 利 用 Ａｓｐｅｎ Ｐｌｕｓ软件进行模拟 分 离 乙 腈 和 水，采 用 变 压 精 馏 的 方 法，分 离 乙腈和水的共沸 物 体 系，以 期 望 得 到 高 纯 度 的 乙 腈 产 品，对 实 际工业生产具有重要的应用价值。
１．３ 变压精馏分离乙腈和水可行性分析
图 １ １０１．３和 ５００．０ｋＰａ乙腈和水的相图 当共沸物组成对压力变化灵敏时，由压力不同的两个精馏 塔串联组成的变压精馏可以实现对共沸物的有效分离。图 １ 分别为 ５００．０ｋＰａ和 １０１．３ｋＰａ下乙腈 －水的相平衡图；图 ２为 ５００．０ｋＰａ和 １０１．３ｋＰａ下乙腈 －水的温度 －组成相图。由图 １
萃取精馏分离乙酸乙酯-乙腈共沸物系的优化与控制研究
萃取精馏分离乙酸乙酯-乙腈共沸物系的优化与控制研究王晓红;田光珍;谢力;田鹏【摘要】The continuous extractive distillation is proposed for separating ethyl acetate/acetonitrile system using the dimethyl sulfoxide as entrainer.This separating process is simulated by Aspen Plus.Globe economic optimization is implemented by the minimum TAC (total annual cost) as objective function.Base on optimal parameters, the process was firstly imported into Aspen Dynamics to establish controlstructures.Considering the problems of bad sensitivity and large fluctuations, the basic control structure is improved.Result shows that the product purity can be maintained in a stable status and the speed of responses is faster with the improved control structure of fixed R/F (reflux rate to feed flow) and Q/F(reboiler duty to feed flow) proportional control.%针对乙酸乙酯-乙腈物系提出了以二甲基亚砜为萃取剂的连续萃取精馏分离方案,利用Aspen Plus对此分离工艺进行了模拟,以TAC(年度总费用)最小为目标函数进行全局经济优化,在此基础上,首次将该流程导入Aspen Dynamics并建立控制结构,针对基本控制结构存在的响应速度慢和波动幅度大的问题进行改进.结果表明:改进的固定R/F(回流量与进料量的比值)和Q/F(再沸器热负荷与进料量的比值)的比例控制结构,在流量和组成扰动下响应速度较快且产品纯度能维持在产品要求范围内.【期刊名称】《青岛科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(038)004【总页数】7页(P71-77)【关键词】萃取精馏;乙酸乙酯-乙腈;经济优化;控制【作者】王晓红;田光珍;谢力;田鹏【作者单位】青岛科技大学化工学院,山东青岛 266042;青岛科技大学化工学院,山东青岛 266042;青岛科技大学化工学院,山东青岛 266042;青岛科技大学化工学院,山东青岛 266042【正文语种】中文【中图分类】TQ021.8乙酸乙酯和乙腈都是在化工工业和制药工业中应用广泛的化工原料和优良的有机溶剂。
萃取精馏隔壁塔分离乙酸乙酯-乙腈共沸物系的模拟与优化
萃取精馏隔壁塔分离乙酸乙酯-乙腈共沸物系的模拟与优化王晓红;田光珍;谢力【摘要】利用Aspen plus软件对乙酸乙酯-乙腈共沸物系采用萃取精馏方案进行模拟和全局经济优化.在此基础上,对该物系提出了萃取精馏隔壁塔三塔等价模型分离方案,并对该流程进行模拟和优化.结果表明:萃取精馏隔壁塔较传统萃取精馏塔在节约能耗和减少设备投资方面有明显的优势,萃取精馏隔壁塔方案比传统两塔萃取精馏方案在年度设备投资费用上节约22.1％,年度操作费上节约8.3％,年度总费用上节约13.1％.并且将塔底循环萃取剂与原料进行换热,进而进一步减少了能耗.这一研究将对工业分离乙酸乙酯-乙腈共沸混合物提供理论指导意义.%The ethyl acetate and acetonitrile azeotrope mixture was simulated and optimized using extractive distillation with the software of Aspen Plus.Base on this process,three columns model of extractive dividing-wall column was proposed,simulated and optimized.Result shows that,compared with the traditional extr active distillation column,the extractive dividing-wall column have obvious advantages in saving energy and reducing equipment investment.The extractive dividing-wall column can save 22.1％of energy cost,8.3％ of operating cost and 13.1％ of TAC.Heat transfer is carried out between the entrainer of the bottom and the feed flow,energy is further saved in this process.This study will have a theoretical guiding significance to the industrial separation process for ethyl acetate-acetonitrile azeotrope mixture.【期刊名称】《青岛科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(038)006【总页数】9页(P24-31,37)【关键词】乙酸乙酯-乙腈共沸物系;萃取精馏隔壁塔;经济优化【作者】王晓红;田光珍;谢力【作者单位】青岛科技大学化工学院,山东青岛266042;青岛科技大学化工学院,山东青岛266042;青岛科技大学化工学院,山东青岛266042【正文语种】中文【中图分类】TQ02.8乙酸乙酯是一种用途广泛的精细化工产品，是重要的有机化工原料和极好的工业溶剂。
Aspen Plus在苯乙烯制备过程优化中的应用
Aspen Plus在苯乙烯制备过程优化中的应用
侯凌;仇汝臣;范宁
【期刊名称】《河南科技》
【年(卷),期】2014(000)011
【摘要】利用Aspen模拟软件对苯乙烯的工艺流程进行理论计算和模拟,并探讨流程中乙苯、苯乙烯分离塔的温度、压力、进料位置和状态对分离效果的影响.对系统进行优化,研究苯乙烯损失的原因;并建立苯乙烯生产工艺流程;研究分离塔特性对苯乙烯质量、总收率、能耗、装置经济性的影响,提出最优操作参数.在最优条件下完成车间整体设计以及最大收益过程的研究.
【总页数】2页(P26-27)
【作者】侯凌;仇汝臣;范宁
【作者单位】青岛科技大学化学化工学院,山东青岛266061;滨化集团股份有限公司,山东滨州256600;青岛科技大学化学化工学院,山东青岛266061;青岛科技大学化学化工学院,山东青岛266061
【正文语种】中文
【中图分类】U467
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基于ASPEN PLUS模拟变压精馏分离乙腈-异丙醇
基于ASPEN PLUS模拟变压精馏分离乙腈-异丙醇白小慧;武鑫【期刊名称】《广东化工》【年(卷),期】2018(045)016【摘要】乙腈-异丙醇在不同压力下形成的共沸物系,其组成也不同.故从理论上讲,利用变压精馏分离该共沸物系是可行的.本课题基于化工模拟软件Aspen Plus,对变压工艺流程做了计算模拟,在对高压塔的进料位置、回流比和理论板数做出一定的分析后,得出了影响分离效果的因素,并对此进行优化,最终得到最佳的工艺参数,并拟将模拟计算后的结果作为实际生产指导.第一步模拟变压精馏分离乙腈-异丙醇,第二步对第一步得到的各参数进行优化,优化后得到的最佳工艺参数是:第一个加压塔的理论塔板数是22,进料位置为第6块板,回流比是2∶1;第二个常压塔的理论塔板数是15块,第4块板是它的进料位置,回流比为2∶1.在此参数的基础上模拟,最终得到的两种产品纯度均可以达到99.90％,符合预定的目标.同时,这种条件下分离该共沸物也可以减轻各设备的载荷,更好的延长设备的使用寿命,具有一定的经济性.【总页数】3页(P26-28)【作者】白小慧;武鑫【作者单位】榆林学院化学与化工学院,陕西榆林719000;榆林学院化学与化工学院,陕西榆林719000【正文语种】中文【中图分类】TQ028.4【相关文献】1.变压精馏分离乙腈-异丙醇模拟计算及中试应用 [J], 王炉钢;汤利亚;赵建明2.变压精馏和萃取精馏分离乙腈和水工艺模拟及优化 [J], 余美琼;杨金杯;郑志功3.变压精馏分离乙腈-异丙醇混合物模拟及优化 [J], 贾宪勇;王悦伟;汪洋4.变压精馏分离乙腈-异丙醇共沸物的研究 [J], 李静;杜良红;陈辉;雷兰;刘萍;杜廷召5.萃取精馏分离异丙醇-乙腈共沸物系工艺模拟 [J], 李文秀; 陈金玲; 曹颖; 陆睿哲; 张弢因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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3.1
拟优化的参数：塔板数N’、萃取剂进口位置N1’、原料进口位置N2’、溶剂比QS’/QF’、回流比R’；目标函数均为塔顶产品组成XD。
3.1.1
以塔板数N'（N'≥2）为变量函数，以塔顶产品组成XD'为目标函数进行优化。结果如图3-1所示。
图3-1理论塔板数对塔顶组成的影响
由图3-1可知，当塔板数15≤N≤20时，随着N的增加，塔顶产品的组成X大体明显增加；当塔板数4≤N≤15时，随着N的增加，塔顶产品的组成X变化甚微，当N≥20时X几乎保持在99.84%不变。由于增加塔板数对于提高产品纯度没有太大的意义，此外，考虑到增加塔高不仅会提高设备成本，而且会增加能耗，权衡产品纯度要求与成本二者之间的关系，建议最佳的塔板数应选20。
0.8213
0.0306
32
0.0727
0.8946
0.0326
33
0.0332
0.9324
0.0344
34
0.0145
0.9434
0.0422
35
0.0059
0.8893
0.1048
36
0.0016
0.5474
0.4509
萃取精馏塔内气相组成分布图如下：
图2-6萃取精馏塔内气相组成分布
表2-2萃取精馏塔内液相组成分布
2.1.3
同理，将萃取剂进口位置N1改设为5，以原料进口位置N2为变量，以塔顶产品组成XD为目标函数，其他操作参数保持不变，继续进行优化，结果如图2-3所示:
图2-3原料进料位置对塔顶组成的影响
由图2-3可知：当原料进口位置N2≤20时，塔顶产品的组成XD随原料进口位置N2的增大呈明显的上升趋势；当N2≥30时，X明显下降。当20≤N2≤30时X几乎保持在99.80%不变。由此可知，原料的最佳进口位置为第29块板。
表2-3萃取精馏塔温度分布
塔板数
温度（℃）
塔板数
温度（℃）
塔板数
温度（℃）
1
80.06
13
96.38
25
96.59
2
80.11
14
96.37
26ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
97.24
3
80.22
15
96.36
27
98.44
4
81.24
16
96.35
28
99.83
5
96.41
17
96.33
29
97.87
6
96.41
18
96.30
苯-乙腈体系是共沸物系，不能采用常规精馏方法进行分离。常压下，乙腈沸点为81.1℃，共沸物组成85.8%（wt）。苯-乙腈体系的分离工艺主要有变压精馏、盐效萃取与精馏联合工艺、萃取精馏及渗透蒸发等。而萃取精馏特别适合于近沸点和共沸物体系。
本文采用原料废乙腈来自于2-甲基吡啶的生产过程所产生的乙腈和苯所形成混合物，其组成主要为苯和乙腈，分离的关键在于乙腈与苯的分离。该法采用二甲基亚砜作为溶剂对理论塔板数N、萃取剂进口位置N1（从上往下数，下同）、原料进口位置N2、溶剂比（即萃取剂与原料的流量之比）QS/QF、回流比R等操作参数进行了优化。萃取精馏过程为双塔流程，流程图如图1-1所示：
2.1.2
在上述优化的基础上，将塔板数N改设为36，以萃取剂进口位置N1为变量参数，以塔顶产品组成XD为目标函数，其他操作参数保持不变，进一步优化，结果如图2-2所示。
图2-2溶剂进料位置对塔顶组成的影响
由图2-2可知，当萃取剂进口N1位于第5块板时，塔顶产品的组成XD达到最大值99.95%；随着N1的增大，X无明显变化，直至N1为13时；当N1≥13时，X呈明显的下降趋势。由此可知，萃取剂的最佳进口位置为第5块板。
8
0.4030
0.0009
0.5960
9
0.4027
0.0012
0.5960
10
0.4022
0.0017
0.5960
11
0.4017
0.0023
0.5960
12
0.4009
0.0030
0.5960
13
0.3999
0.0040
0.5960
14
0.3986
0.0053
0.5960
15
0.3969
0.0070
3.1.2
在上述优化的基础上，将塔板数N′改设为20，以原料进口位置N1′为变量参数，以塔顶产品组成XD′为目标函数，其他操作参数保持不变，进一步优化，结果如图3-2所示。
图3-2进料位置对塔顶组成的影响
由图3-2可知：当原料进口位置3≤N2≤17时，塔顶产品的组成X′基本不发生变化，选用原料的进口位置为第10块板。
2.1.5
在上述优化基础上，将萃取剂流量QS改设为600kg/hr，以回流比R为变量，以塔顶产品苯组成XD为目标函数，其他操作参数保持不变，继续优化，结果如图2-5所示。
图2-5塔顶产品组成随回流比的变化关系
由图
塔内气液相组成分布，温度分布分别见表2-1，表2-2和表2-3。
表2-1萃取精馏塔内气相组成分布
0.0286
24
0.8292
0.1424
0.0284
25
0.7798
0.1919
0.0283
26
0.7126
0.2589
0.0285
27
0.6241
0.3465
0.0294
28
0.5177
0.4520
0.0303
29
0.4096
0.5653
0.0250
30
0.2667
0.7053
0.0279
31
0.1480
30
100.84
7
96.41
19
96.28
31
103.36
8
96.41
20
96.25
32
104.98
9
96.40
21
96.22
33
106.15
10
96.40
22
96.19
34
109.48
11
96.39
23
96.21
35
126.70
12
96.39
24
96.31
36
164.36
萃取精馏塔温度分布图如下
图2-7萃取精馏塔温度分布图
0.0663
0.5959
24
0.3146
0.0893
0.5961
25
0.2832
0.1204
0.5963
26
0.2422
0.1613
0.5965
27
0.1934
0.2110
0.5955
28
0.1455
0.2668
0.5877
29
0.1170
0.3525
0.5305
30
0.0657
0.4068
0.5275
3.1.3
在上述优化基础上，以回流比R′为变量，以塔顶产品乙腈组成X′为目标函数，其他操作参数保持不变，继续优化，结果如图3-3所示。由图3-3可知，当回流比R在1.0~20.0之间时，塔顶产品组成X基本保持最高值不变。因为回流比的增加直接导致成本地增加，权衡利弊将回流比设为1.5。
关键词：苯-乙腈体系、萃取精馏、萃取剂、二甲基亚砜、Aspen Plus
Optimize the process ofBenzene-acetonitrilesystem with themethod ofAspen Plus
Abstract
In this paper,we usechemicalprocess simulation softwareAspen Plus 11.1toOptimize the process ofExtractive distillation of Benzene-acetonitrilesystem.The results show that, themass fractionofbenzene in distillate oftowerCan be achieved99.90％whennumberoftheoretical plates of theextractive distillation column is36,theimportlocation ofextractantatNo.5tray(Numberfromthe previousdownward),theimports position of raw materialsatNo. 29 tray,reflux ratiois 3.8,and theliquidmass flowratio ofExtractantandraw materials is 6:1,at atmospheric pressure.
图1-1萃取精馏模拟流程
2.
2.1
拟优化的参数：塔板数N、萃取剂进口位置N1、原料进口位置N2、溶剂比QS/QF、回流比R；目标函数均为塔顶产品组成XD。
2.1.1
以塔板数N（N≥2）为变量函数，以塔顶产品组成XD为目标函数进行优化。结果如图2-1所示。
图2-1理论塔板数对塔顶组成的影响
由图2-1可知，当塔板数N≤34时，随着N的增加，塔顶产品的组成XD大体明显增加（除第4块板和第8块板外，因二者为物流进口位置）；当塔板数N≥35时，随着N的增加，塔顶产品的组成X虽有所增加，但变化甚微，X几乎保持在98.79%不变。由于增加塔板数对提高产品纯度没有太大的意义，此外，考虑到增加塔高不仅会提高设备成本，而且会增加能耗，权衡产品纯度要求与成本二者之间的关系，建议最佳的塔板数应选36。