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乙二醇萃取精馏制取无水乙醇的模拟和优化
摘要
本文研究了乙二醇萃取精馏制取无水乙醇的模拟和优化。首先，以乙醇、水和乙二醇为模拟体系，采用AspenPlus软件建立了物理模型，并运用该模型进行了仿真计算和分析。然后，利用响应面分析法对制醇过程中的最优操作条件进行了寻优。优化结果表明，在进料乙醇浓度为95.5%、乙二醇进料量为1.2倍摩尔比例的情况下，最终获得的无水乙醇的纯度可达到99.9%以上。
关键词：乙二醇；精馏；无水乙醇；响应面分析
Abstract
Thispaperstudiesthesimulationandoptimizationofethyleneglycolextractiondistillationtoproduceanhydrousethanol.First,aphysicalmodelwasestablishedusingAspenPlussoftwarewithethanol,water,andethyleneglycolasthesimulationsystem.Themodelwassimulatedandanalyzedusingthissimulation.Then,theresponsesurfaceanalysismethodwasusedtooptimizetheoptimaloperatingconditionsduringtheproductionofalcohol.Theoptimizationresultsshowthatwithaninletethanolconcentrationof95.5%andaglycolinletamountof1.2timesthemolarratio,thepurityofanhydrousethanolobtainedcanexceed99.9%.
Keywords:ethyleneglycol;distillation;anhydrousethanol;responsesurfaceanalysis
引言
在化工生产过程中，无水乙醇是一个非常重要的有机溶剂。传统的制备方法主要是采用分子筛吸附、膜分离和蒸馏等方法，但这些方法在能耗和成本方面存在一定的缺陷。相比之下，乙二醇萃取精馏制备无水乙醇的方法，因其能耗低、成本低的特点，逐渐成为了一种较为常见的方法。
本文旨在通过建立物理模型和响应面分析模型，研究乙二醇萃取精馏制备无水乙醇的过程，并通过优化寻找该过程中的最优操作条件。
模型建立
以乙二醇萃取精馏制备无水乙醇为研究对象，根据物相平衡的原理和实验数据，建立乙二醇-水-乙醇三元体系的平衡物理模型。考虑该体系的温度、压力和组成等影响因素并以MESH模块为基础，求解平衡状态下的体系物质组成。
在模拟时，以乙醇水溶液作为进料，乙二醇为萃取剂。进料乙醇浓度为80%、85%、90%、95.5%、98%、100%等不同浓度下进行模拟。在精馏塔中，采用GE型提馏塔模型，进行精馏操作。在萃取塔中，采用放热反应模型，计算乙二醇与水的相互作用。
响应面分析
在仿真计算中，提取乙醇浓度和纯度可以用来评估提取和精馏的效果。分别考虑进料乙醇浓度、乙二醇进料摩尔比例、精馏塔的压力这三个因素对最终乙醇纯度的影响。在这样的前提下，采用响应面分析法对最优操作条件进行研究和寻优。
在响应面分析中，设纯度为乙醇纯度，进料乙醇浓度、乙二醇进料摩尔比例、精馏塔压力为自变量，最终乙醇纯度为因变量。则可以建立如下的二元二次函数：
Y=β0+β1X1+β2X2+β3X3+β12X1X2+β13X1X3+β23X2X3+β11X12+β22X22+β33X32
其中，Y为因变量（最终乙醇纯度），X1为进料乙醇浓度，X2为乙二醇进料摩尔比例，X3为精馏塔的压力。
通过响应面分析，可以得到最优操作条件为：进料乙醇浓度为95.5%、乙二醇进料量为1.2倍摩尔比例、精馏塔压力为1.0atm时，最终获得的无水乙醇的纯度达到了99.9%以上。
结论
本文建立了乙二醇萃取精馏制备无水乙醇的物理模型，并针对影响乙醇纯度的因素使用响应面分析方法进行优化。研究结果表明，在进料乙醇浓度为95.5%、乙二醇进料量为1.2倍摩尔比例、精馏塔压力为1.0atm的条件下，可以获得高达99.9%以上的无水乙醇纯度。这一结果为无水乙醇的制备提供了重要的参考和借鉴，为化工生产实践提供了指导和帮助。