苯-甲苯精馏分离

实验2 苯-甲苯精馏分离

化工系2010011811 毕啸天1. 实验内容

使用灵敏度分析功能，分别研究苯-甲苯精馏例题中进料位置NF、塔顶采出量D对塔底热负荷、塔顶产品浓度的影响规律。

2.流程图

（1）首先按照上图所给出的模型，在Aspen主界面上作出严格精馏模块RadFrac，作出Stream 标注各路名称。

（2）点击眼镜，在setup-title中键入项目名称。

（3）在components中输入苯、甲苯的英文名，确认物质正确。

（4）苯与甲苯结构相似，它们的互溶液可看作理想溶液。因此在propertities中选择热力学方法为ideal。

（5）按原题要求，在Stream-F中设置总流量100kmol/h，苯的摩尔分数0.44，压强1bar，纯液体无气相。

（6）模块参数取NT=30,NF=16,R=3,D=44，按此参数设置。在Block-B1-setup-configuration中设置Number of Stages为30，下面两项分别设置为44，3。进料点设置在中间第16块。

3.运行结果

由此结果可见，分离十分完全，分离杂质均在几百PPM级。

4.灵敏性分析

（1）Data-Model Analysis Tools-sensitivity，设置新的因变量。其中之一为塔顶产品浓度，名为NONGDU，type Mole-Frac, Stream D, Substream Mixed, Component Benzene。另一个为塔底热负荷，名为HD，type Block-Var, Block B1, Variable QN。

（2）自变量进料点NF设置，type Block-Var, Block B1, Variable Feed-Stage, Sentence FEEDS, ID1:F.右方设置步长。自变量塔顶采出量D，type Block-Var, Block B1, Variable MOLE-D, Sentence COL-SPECS

再以塔顶采出量为自变量，研究它对两个因变量的关系。输出结果如下

4.1 进料位置对塔底热负荷的灵敏度分析

蓝色线代表热负荷，进料位置对热负荷有很大的影响。进料位置从第1级塔板变成第2级时，从图像上可以看出HD直线上升，从数据上看，它从0.5854到了1.3442，出现明显飞跃。而从第2块塔板之后，HD则基本保持稳定。

若物料从塔顶进入，则混合物未经过多级塔板的精馏作用就大量从塔顶流出。塔底的再沸器的主要任务是加热混合物，使液体汽化。若物料从塔顶流出，则不需要塔底加热。因此此时塔底热负荷很小。如果不是在塔顶进料，则精馏塔发挥它的正常分离作用，需要塔底的再沸器加热精馏。仔细观察可以发现图像虽然稳定，但是中部有一个极小值在第15块。此中原因，应是中间进料更有利于塔内液体充分热交换，从而提高了能量利用效率。

4.2 进料位置对塔顶产品浓度的灵敏度分析

绿色线代表塔顶产品浓度，随着进料位置的变化先增后减，在第15块时塔顶苯的浓度达到极大值。此原因应当与上例相同，中间塔板进料时最有利于能量的充分利用。

4.3 塔顶采出量对塔底热负荷的灵敏度分析

从图上可以明显看出，塔底热负荷与塔顶采出量呈简单的线性关系。采出量越多，需要汽化的液体就越多，自然需要更多的热量。而且有多少液体，就需要多少热量，故是线性关系。

4.4 塔顶采出量对塔顶产品浓度的灵敏度分析

起初，当塔顶采出量不超过44kmol/h时，随着采出量增加，产品浓度几乎保持在1。即不论采用量如何变化，塔顶都是纯苯。当采出量增加到44kmol/h以上时，浓度显著降低。这是由于，按设计采出量，精馏装置已经可以以很好的效果分离产品。但是如果从塔顶采出过多物流，原料中已经没有足够的苯，从而降低了产品中苯的含量。进一步的计算发现，当采出量达到100时，产品纯度为0.44.即当进料全部用于采出时，相当于不分离直接收集，

这也是显然的。