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萃取精馏分离异丙醇-水共沸体系的模拟与优化
引言
异丙醇是常见的工业有机溶剂之一，广泛应用于溶剂浸提、常压蒸馏、分馏和萃取等工业过程中。与水混合后，异丙醇-水体系具有共沸现象，其中异丙醇和水成为了两种相对等概率存在的共沸体系，因此在实际应用中难以分离。而异丙醇和水的萃取精馏分离技术正是针对这种共沸现象所设计的一种方法。由于其结构复杂和过程的多变性，萃取精馏分离异丙醇-水共沸体系一直是研究的热点之一。本文旨在对异丙醇-水共沸体系的萃取精馏分离进行模拟和优化。
实验方法
1.萃取装置
采用的萃取装置为结构为圆柱形的萃取装置，直径为15cm，高度为70cm，下部设有多股物流的进料管，中部设有分相口，上部设有多组支撑板、反射板和塔板。塔板之间的距离为12cm，整个萃取塔由304不锈钢制成。
2.萃取精馏分离异丙醇-水共沸体系的模拟
利用AspenPlus软件，建立了基于热力学的异丙醇-水共沸体系模型，并设置了对目标物异丙醇和水的回收率进行最优化的相关模型。将回收率目标集为95%以上，根据该模型模拟了萃取精馏分离异丙醇-水共沸体系的过程。
3.萃取塔操作条件
采用的萃取塔操作条件为：塔底温度为288K，塔顶温度为363K，塔顶压力为0.1MPa，精馏级数为8级，进料流量为40ml/min。
结果及分析
通过萃取精馏分离异丙醇-水共沸体系的模拟，得到了氧化异丙醇-水共沸体系的温度-组成图和各级塔板的组成、温度和压力分布图。
其中，在温度-组成图中，共沸的特征也十分明显，即异丙醇和水的挥发度曲线相交处的组成将保持不变。
在各级塔板的组成、温度和压力分布图中，异丙醇的回收率的变化趋势与物料的组成和塔板温度密切相关。随着塔板层数的增加和温度的升高，异丙醇的回收率也会不断提高，在进行8级塔板的操作过程中，异丙醇的回收率最终可以达到95%以上。
讨论与结论
本文基于AspenPlus软件，模拟了异丙醇和水在萃取塔中的萃取精馏分离过程，并根据目标回收率进行了优化。研究结果表明，萃取操作条件和塔板温度是影响异丙醇回收率的主要因素。合理的萃取操作条件和塔板温度，可以有效地实现对异丙醇-水共沸体系的分离。此外，本文所提出的模拟方法可为其他类似的共沸体系分离技术提供借鉴。