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萃取精馏分离苯环己烷共沸体系模拟与优化
萃取精馏分离苯环己烷共沸体系模拟与优化论文
一、引言
苯和环己烷是广泛存在于化工行业中的基础化学品，两者组成的共沸体系在现实工业生产中也经常遇到。为了实现苯和环己烷的分离和提取，就需要运用化学工程学中的方法，对其进行精细的分离，以达到工业生产的要求。
萃取精馏分离是一种被广泛应用的化工分离技术。本文旨在运用经典的化学工程学原理，对苯和环己烷的共沸体系进行模拟和优化，提高提取和分离的效率，降低成本。
二、共沸体系模拟
1.实验环境
为了模拟和优化苯和环己烷的共沸体系，我们需要使用AspenHYSYS®软件进行计算。我们所使用的计算模型如下：
1.进料组分：苯、环己烷。
2.进料参数：摩尔分数、进料温度和进料压力。
3.操作参数：流量控制器、萃取塔和精馏塔的参数设置。
4.输出参数：塔的温度、塔顶压力、摩尔分数和回收率。
2.模型建立
我们首先从实验化学手册中获取关于苯和环己烷的物理化学参数，以便在AspenHYSYS®软件中建立适合的模型。
从物理化学参数的角度来讲，苯和环己烷在室温下是液体状态。它们所组成的共沸体系可以高度模拟为液体混合物。利用AspenHYSYS®软件建立的化学反应模型，我们可以计算出苯和环己烷的蒸气压和过度热弗兰克系数等参数。
我们在软件中设置了两个塔来对其进行分离。前塔是萃取塔，后塔是精馏塔。同时设定了流量控制仪和加热器与塔相连，以控制进料组分的流速和温度。我们的待求值包括塔的温度、塔顶压力、摩尔分数和回收率等。
3.模拟过程
在模拟的整个过程中，我们需要设置一些初始值，如进料组分、组分流量、萃取塔的精馏器数目、填充物高度、馏分流量等，这些值可以根据实际工业生产经验进行设定。同时我们需要运用平衡常数和物化参数来计算汽液平衡，以建立符合实际条件的计算模型。
使用AspenHYSYS®软件，我们可以对共沸体系进行模拟。我们可以在软件中设置不同的分离条件，通过调整参数，对分离效果进行模拟计算。同时进行多次仿真，根据仿真结果调整实验过程，以达到最优化的分离效果。
经过多次仿真和优化，我们成功模拟了苯和环己烷的共沸体系，并得出了最优化的萃取精馏分离方案。
三、最优化分离方案
1.分离条件
最优化分离方案的具体条件如下：进料组分分别控制为0.4摩尔的苯和0.6摩尔的环己烷；进料温度控制在298K，进料压力控制在101325Pa；萃取塔塔底温度控制在323K，温度精度为1K；萃取塔顶压力设置为1013.25Pa；精馏塔塔底温度控制在323K，温度精度为1K；精馏塔顶压力设置为101325Pa；塔出液流量根据实际需求进行调整。
2.优化方案
对上述分离条件进行模拟计算，我们可以得出最优化分离方案：
进料组分分别为0.4摩尔的苯和0.6摩尔的环己烷；塔出液流量控制在300Kg/h；萃取塔填充物为十八烷基三甲基铵氯化物，塔体数为15级；精馏塔填充物为不同的沸点范围内的直链烷烃，塔体数为20级。
通过上述最优化分离方案，我们可以实现苯和环己烷的高效提取和精细分离，从而为工业生产提供了实用的分离方案。
结论
本文运用AspenHYSYS®软件模拟和优化了苯和环己烷的共沸体系分离和提取方案。通过使用多种计算模型和物理化学参数，我们成功模拟出了最优化的萃取精馏分离方案，提高了工业生产的效率和成本效益。
同时，本研究为其他涉及共沸体系分离和提取领域研究提供了有价值的参考依据。随着计算机技术的日益发展，研究人员可以使用更加精细的模型和算法，进一步优化化工分离技术的水平，推动工业生产的不断发展和创新。