变压精馏分离苯-甲醇共沸体系的工艺流程模拟开题报告

1. 研究目的与意义

苯与甲醇的混合物是常见的有机溶剂，广泛应用于精细化工、医药等领域。在自然环境中苯和甲醇可形成具有最低恒沸点的共沸物，共沸组成中苯的摩尔分数为0.391，共沸点为57.5℃，正常的精馏难以将共沸物分开，需要对苯-甲醇共沸物进行进一步处理．但是常规精馏无法分离共沸混合物。由此，发展出了萃取精馏、共沸精馏和变压精馏等技术。其中，变压精馏运用较为广泛，变压精馏是唯一不依赖于引进第三组分促进共沸物分离的增强蒸馏技术，该技术利用压力改变共沸组成的变化或使共沸物本身消失。目前变压精馏过程的研究主要集中于常规变压精馏分离压力敏感最低沸点共沸物,而常规变压精馏分离压力敏感最高沸点共沸物的研究较少,并且已有的研究在动态控制方面存在不足。
使用Aspen Plus模拟软件分别对甲醇-苯共沸物的变压精馏工艺进行模拟，对低压塔和高压塔理论塔板数、回流比等主要参数进行模拟优化,确定其最佳工艺参数 。
精馏是最广泛使用的基于汽液平衡 (VLE) 的分离方法，与共沸精馏、萃取精馏二者不同的是，变压精馏并不需要额外添加共沸剂或者夹带剂，其原理是基于特殊共沸混合物体系的压力敏感性。
目前，有不少学者对苯-甲醇共沸体系进行了研究。]尹海鹰等采用萃取精馏技术对苯-甲醇共沸体系的分离进行了模拟；濮仁华等则联用萃取与精馏耦合分离苯-甲醇的共沸体系；韩祺祺利用变压精馏及萃取精馏分离乙醇-苯共沸物，都取得较好分离效果。
本课题选取变压精馏对苯-甲醇二元共沸体系进行分离。通常我们在分离手段的选择上，假设相同的分离效果，优先考虑的是输入能量的分离手段（精馏、闪蒸、干燥、结晶等），其次是输入质量的分离手段（萃取、吸收等），最后是既输入质量也输入能量的分离手段（共沸精馏、萃取精馏等）。这样考虑的原因是如果输入了质量进行分离，那么必然会导致流程的复杂，因为人为加入了一种物质，后续就需要通过其他手段将它分离出来，而且处理量也相应增大，能耗也就相应上升了。变压精馏相比于萃取精馏和共沸精馏在这一点上的差别，就在于其没有引入新的物质，所以其能耗会更低，工艺相比也会简单一点。

2. 研究内容和预期目标

本课题针对苯-甲醇二元共沸体系,采用Aspen Plus软件建立变压精馏分离工艺。物性方法选用NRTL方程,对低压塔和高压塔理论塔板数、回流比等主要参数进行模拟优化,确定其最佳工艺参数。求年处理苯和甲醇共沸物10万吨，产品苯的摩尔分数为99. 9%，甲醇的摩尔分数为99. 9%。

3. 研究的方法与步骤

本课题针对苯-甲醇二元共沸体系,采用Aspen Plus软件建立变压精馏分离工艺。物性方法选用NRTL方程,对低压塔和高压塔理论塔板数、回流比等主要参数进行模拟优化,确定其最佳工艺参数。求年处理苯和甲醇共沸物10万吨，产品苯的摩尔分数为99. 9%，甲醇的摩尔分数为99. 9%。工作具体内容及相关步骤包括：
(1) 工艺流程设计 ：1) 工艺方案选择及论证； 2) 安全生产的保障措施 ；3) 先进单元过程技术的应用； 4) 集成与节能技术的应用； 5) 工艺流程计算机仿真设计；6) 绘制物料流程图和带控制点工艺流程图； 7) 编制物料及热量平衡计算书。
(2) 设备选型及典型设备设计： 1) 典型非标设备一反应器和塔器的工艺设计，编制计算说明书； 2) 典型标准设备一换热器的工艺选型设计，编制计算说明书； 3) 其他重要设备的工艺设计及选型说明。 4) 编制设备一览表。
(3) 车间设备布置设计 对合成车间，进行车间布置设计： 1) 车间布置设计；2) 绘制车间平面布置图； 3) 绘制车间立面布置图。

4. 参考文献

[1] 霍月洋. 基于Aspen Plus变压精馏分离甲苯-正丁醇共沸物的研究 [J]. 浙江化工. 2020,51(06)：28-31.
[2] 李晔. 常规及夹带剂辅助变压精馏分离二元共沸物的设计与控制 [D]. 天津：天津大学，2021.12.
[3] 吕利平，李航，李兵等. 甲醇-苯共沸体系变压精馏分离工艺的动态控制 [J]. 过程工程学报. 2018,18(05)：1003-1012.
[4] 李文秀，李鑫慧，曹颖等. 离子液体萃取精馏苯和乙醇共沸体系的模拟 [J]. 现代化工. 2019,39(12)：227-230.
[5] 韩祺祺. 变压精馏及萃取精馏分离乙醇-苯共沸物 [J]. 化工设计. 2017,27(02)：3-6.
[6]尹海鹰, et al.萃取精馏分离苯-甲醇共沸体系的模拟. 沈阳化工大学学报 34.03(2020):205-209.
[7]濮仁华,黄前程,朱志亮.萃取与精馏耦合分离苯-甲醇的研究[J].现代化工,2019,39(10):217-219.DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2019.10.048.

5. 计划与进度安排

（1）2024.2.20～2024.2.26（第1周） 完成1周毕业实习
（2）2024.2.27～2024.3.12（第2～3周） 查阅文献，完成文献综述和开题报告以及不少于5000字外文文献翻译
（3）2024.3.13～2024.5.20（第4～13周） 依据研究内容开展工作
（4）2024.5.21～2024.5.30（第14～15周 ）进行毕业论文的写作、修改完善、打印、装订、答辩等。