热力学模型参数对部分含低碳醇二元共沸物相行为预测的影响及应用

摘要

基于热力学模型计算的化工过程模拟可在理论上对精馏过程的基本性能和设备费用等进行初步计算，但是计算结果强烈依赖于所选择的热力学模型及参数。本文以含低碳醇二元共沸物系为例，讨论了不同热力学模型以及同一模型的不同二元交互作用参数对共沸物相行为的影响，从汽液平衡实验，数据回归，热力学模型筛选以及分离方案的设计与优化等多个方面实现含低碳醇二元共沸物相行为准确模拟及高效分离。 以正丙醇-水为研究对象，将Aspen plus内置热力学模型参数预测数据与实验数据进行拟合，证明软件内置参数无法正确预测该混合物的相行为。基于NIST-TDE数据库，选择可以通过热力学一致性检验的等压数据进行多模型回归，筛选与实验数据偏差最小的参数带入正丙醇-水萃取精馏模拟。采用回归和软件内置的UNIQUAC 模型参数分别以乙二醇和 NMP（N-甲基吡咯烷酮）为萃取剂进行萃取精馏流程设计，比较不同热力学参数对流程模拟的影响。当采用不同的萃取剂时，回归参数与内置参数间经济性的差距达到10%以上，说明相同热力学模型的不同参数对共沸物相行为以及精馏设计均有较大影响。 以异丁醇-苯为研究对象，研究了不同模型及相同模型的不同参数对预测共沸物相行为的适用性及精馏设计的影响。采用汽相冷凝循环法测定异丁醇-苯的常压汽液平衡数据，并将不同压力下的实验数据进行多模型参数回归，通过回归参数与实验数据的拟合，筛选出不同压力下最准确的模型及参数。结果表明，异丁醇-苯体系在低于0.64 atm时为非共沸混合物，最准确的模型为基于常压数据回归的Wilson模型参数，在1-3.4 atm为最低共沸物，最准确的模型为基于高压数据回归的UNIQUAC模型参数。基于该体系的特殊相行为，在不同压力区选择不同模型及参数实现了对异丁醇-苯不同精馏工艺流程的准确计算。 本文的研究结果表明，不同模型以及相同模型的不同热力学参数对预测含低碳醇共沸物相行为以及精馏设计均有较大影响。因此，所选的热力学模型参数要在精馏设计的操作参数内实现对待分离物系相行为的准确预测。即在进行精馏工艺设计时，需考虑热力学模型对精馏塔各操作参数的适用性，尤其是热力学参数的压力适用性。

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