通过ASPEN模拟软件优化共沸精馏分离乙醇

刘杨春

在共沸混合物中加入第三种组分，该组分与原混合物中的一种或两种组分形成沸点比原来组分和原来共沸物沸点更低的、新的具有最低沸点的共沸物，使组分间的相对挥发度增大，易于用蒸馏的方法分离，这种分离方法称为共沸蒸馏。并利用加压精馏技术分离碳酸二甲酯和甲醇共沸物,加压精馏是在精馏过程中,提高分离塔的压力,改变碳酸二甲酯和甲醇共沸物的共沸温度,成功的解决了该共沸物的分离问题。选择一个好的共沸剂，使之与水和乙醇形成三元共沸物，从而达到分离目的，即可得到无水乙醇。

【关键词】乙醇 异丙醇 共沸精馏 ASPEN模拟软件

作为一种十分重要的化工原料，异丙醇广泛应用于甘油、丙酮及乙酸异丙酯的合成过程中。乙醇是一种重要的有机溶剂与合成原料，并在医药等消毒及防腐领域得到了广泛的应用。在某些化工及生物制品的生产过程中也需引入这两种，而后续处理时仍需将二者混合物进行分离。乙醇的沸点为78.5℃，异丙醇的为82.5℃，其二者在常压下并不会发生共沸，由于二者结构及化学性质颇为相似，沸点仅相差4℃，相对挥发度也较小，因此，若利用普通的精馏分离法需要较大的理论板数以及回流比，且操作及设备等费用均相当高。共沸精馏法可用于物系中沸点较为接近的两种组分的分离，因此，本文利用ASPEN 模拟软件对共沸剂进行了筛选，并对乙醇-异丙醇物系的共沸精馏流程进行了模拟优化。

一、Aspen模拟软件的特点及其应用

Aspen模拟软件为美国Aspen Tech公司的产品，其为一款功能极为强大的化工设计及动态模拟计算的软件。其拥用着最新、最严格的计算方法，不仅可以对化工单元及整个过程的进行计算，为化工过程提供准确的单元操作模型，还能够对已有装置及操作过程进行评估，并对其进行优化设计aspen 共沸精馏。因此，在全球石油化工、煤炭、冶金、气体加工、医药、环保、动力、食品加工及节能等多个工业领域均得到了十分广泛的应用。

实际应用过程中，Aspen模拟软件可以建立流程、规划设计、模型模拟、分析灵敏度及物性、物性的估计及其数据回归等等。对于Aspen模拟软件而言，其运行环境只需具备科学的热力学数据、具体的操作条件以及严格的Aspen Plus平衡模型，即可对实际装置进行模拟，并对现有装置及流程进行模拟和优化。有报道称已经利用Aspen模拟软件对石化炼油厂的LPG及二甲基二硫物系筛板塔的精馏过程进行了模拟，通过所构建的模型可对该厂低品质蒸汽对LPG中二甲基二硫精馏脱除的可行性进行了初步分析，并为其进一步工业化奠定了基础。

二、ASPEN 模拟软件对乙醇-异丙醇共沸精馏过程的模拟

（一）共沸剂的合理选择

所选择的共沸剂应当同乙醇共沸而不与异丙醇发生共沸，这样一来，同乙醇所形成的共沸物可从塔顶进行收集，而塔釜中得到的就是具有高浓度的异丙醇。以共沸物选择过程中的基本原则为依据，从众多溶剂中分别选取了乙腈、1-乙烯以及乙酸甲酯作为共沸剂备选溶剂，经ASPEN模拟软件筛选之后，最终确定以1-己烯作为共沸剂。乙醇与异丙醇部分物性参数见表1，所选共沸剂物性数据见表2。

表1 乙醇与异丙醇部分物性数据

表2 共沸物物性数据表

从表2可以看出，共沸剂备选溶液中，乙酸甲酯和乙醇所形成的共沸物中所含的乙醇很少，因此，不利于异丙醇与乙醇之间的分离；而乙腈同异丙醇沸点接近，不利于异丙醇与乙醇之间的分离。采用ASPEN模拟软件中的Wlison模型来进行模拟与计算可知，1-己烯能够通过将乙醇从物系中带出，从而获得了纯度较高的异丙醇。与此同时，1-乙烯同乙醇所形成的共沸物之间的分离较为简单，进行水洗、分层后，取出的油层即1-己烯。因此，选定了1-己烯作为乙醇与异丙醇混合物分离的共沸剂。由于乙醇同异丙醇无法形成共沸物，而1-己烯仅可同乙醇形成共沸物，因此，选择的1-己烯同乙醇之间的质量比为4∶1。

（二）ASPEN模拟软件对共沸精馏过程的模拟

采用ASPEN模拟软件中的Wlison模型，以乙醇质量分数为5%为例，对乙醇-异丙醇共沸精馏模分离的工艺过程进行模拟，其中，乙醇、异丙醇及1-己烯的进料量依次为：5kg、95kg与20kg。

（三）对乙醇-异丙醇的共沸精馏分离实验

采用的填料塔理论板为30块，回流比为25，原料的进料量是250g，其中，乙醇的质量分数是5%，而1-己烯的进料量是50 g，对乙醇及异丙醇进行共沸精馏分离实验，随着共沸精馏过程的不断进行，塔釜中异丙醇的质量分数也随之不断增加，当5.75 h后，塔釜中异丙醇的质量分数达到了99.77%，已经满足了实验要求。表明以1-己烯为共沸剂，采用共沸精馏分离乙醇-异丙醇物系是可行的，且具有较好的效果。实验结果显示，采用ASPEN模拟软件所模拟的结果同实验结果的吻合程度较好。

（四）己烯-乙醇共沸物的萃取结果

当在共沸物状组合物中氢氟碳醚和有机溶剂的浓度与它们形成的共沸物中的浓度有些不同，并仍是在本发明范围内的组合物时，该共沸物状组合物的沸点与它们相应的共沸物的沸点基本相同。所述方法包括向基材的至少一个表面的至少一部分涂布液体涂料组合物的涂层的步骤，所述涂料组合物包括(a)共沸物状组合物，和(b)可溶解或可分散于所述共沸物状组合物中的至少一种涂料。将湿的制品浸入液态共沸物状组合物中，并进行搅拌，从共沸物状组合物中分离被置换的水，并从液体共沸物状组合物中取出最终的无水制品。

三、结论

实验表明，1-己烯可作为乙醇-异丙醇混合物的共沸剂；通过共沸精馏实验可对乙醇、异丙醇进行分离，采用理论板为30块的填料塔，回流比为25，1-己烯同乙醇质量比为4∶1时，所分离出的异丙醇质量分数可达99.77%；采用ASPEN模拟软件可对乙醇-异丙醇物系的分离进行模拟和优化。