图11—14 严格精馏输入界面3
11.4.2 三元混合物连续精馏的计算
例11-3甲醇—二甲醚—水—三元混合物精馏的计算：已知进料流量80kmol/hr、压力8atm、温度30℃, 水、甲醇和二甲醚的摩尔分率分别是0.4、0.27和0.33，塔板数为5块，冷凝器为全凝器，回流比为2，塔顶馏出液量为25 kmol/hr，塔顶7atm，进行精馏模拟计算。 解：①采用单元模块区中 “Columns’’下的“RadFrac’’模块，绘制流程图，与图11—6 类似。
②为项目命名。单击“N→”，则系统弹出项目建立对话框，在“Title”中输入模拟流程名称“甲醇—二甲醚—水—三元混合物精馏的计算”，在“Units of measurement”中选择输入输出数据的单位制，选择米制（MET）。
③输入组分。单击“N→”，系统弹出模拟流程组分对话框。在“Compenent ID”下分别输入“1、2、3”，在对应的“Formula”下分别输入“H2O、CH4O、C2H6O”，，在系统数据库中搜索这物质，查找到以后点击“add”按钮将它们添加到系统模拟组分列表中。如图11—15所示。
④制定物性计算方法。单击“N→”，系统弹出物性计算方法对话框,在对话框中选择 “PENG-ROB”方法（实际应用中，具体的物流特性估算方法应根据具体的情况，结合热力学知识进行选择，否则会出错）。
⑤输人物流属性。单击“N→”，系统弹出物流属性输入对话框。主要有进料流量80kmol/hr、压力8atm、温度30℃和水、甲醇和二甲醚的摩尔分率0.4、0.27和0.33，如图11—16所示。
⑥输入塔参数。单击“N→”，系统弹出塔设备属性输入对话框。输入塔板数5块，冷凝器为全凝器，回流比为2，塔顶馏出液量为25 kmol/hr，以及其他各参数，如图11—17所示。 ⑦单击“N→”，输入加料版位置及出料物流的气、液状态；再单击“N→”，输入塔压情况，计算完成后，可以点击“Results Summary’’查看计算结果。
图11—15 输入模拟流程组分
图11—16 输入物料基本情况设置
图11—17 塔设备基本情况设置
11.4.3 乙醇—水—苯恒沸精馏的计算
精馏操作是依据液体混合物中各组分的挥发度不同来进行分离的，如果待分离液体形成恒沸物，导致两组分间的相对挥发度近似等于1，则不能用普通的精馏方法实现分离。这时，可在原混合物中加入第三种组分 (称为夹带剂或恒沸剂)，使该组分与原有的一个或两个组分形成新的恒沸物，从而促使原液体用普通精馏的方法来分离，称为恒沸精馏。乙醇—水混合物的分离是最为常见的恒沸精馏流程之一，如图11-18所示。
图 11—18 无水乙醇恒沸精馏流程示意图
1 恒沸精馏塔；2 回收塔；3 分层器； 4 冷凝器；5 再沸器
工业乙醇与苯进入恒沸精馏塔中，形成的乙醇—水—苯三元恒沸物由塔顶蒸出。由于该恒沸物中含有较多的水分，所以塔釜采出近于纯态的乙醇。塔顶蒸汽进入冷凝器后，一部分回流，另一部分进入分层器。分层器的轻相返回恒沸塔补充回流，重相进入苯回收塔。回收塔顶部蒸汽进入冷凝器，塔釜产品为稀乙醇。有时也将回收塔的塔釜出料再送入一个乙醇回收塔，塔釜最终引出的几乎为纯水。由于流程中的苯是循环使用的，所以只需定期补充少量的苯即可维持恒沸塔的操作。
例11-3 现有乙醇—水原料，其中乙醇流量为21.043 kmol／h，水流量为3.426 kmol／h。利用图11—1 8所示工艺获取无水乙醇，要求产品中乙醇摩尔分数不低于0.99。已知恒沸塔理论板数为20，在第6块板处进料，塔顶采出流量为28.60kmol／h，回流量为82.51 kmol／h；回收塔理论板数为15，从塔顶进料，塔釜热负荷为80kW，要求塔釜出料中的苯摩尔分数小于0.01。试利用Aspen Plus对该流程进行模拟，并确定夹带剂苯的适宜用量。
解 ①绘制流程图。恒沸塔DIST1和回收塔DIST2均使用“Columns’’中的“RadFrac’’模块，分层器DECANTER使用“Separators’’中的“Decanter’’模块，本题也可用1个带Decanter的“RadFrac’’模块模拟恒沸塔、“RadFrac’’模块模拟回收塔，如图11—1 9所示。
Decanter 模块执行给定热力学条件下的液-液平衡或液-游离水平衡计算，输出两股液相产物。用于模拟液-液分离器、水倾析器等。
图 11—19 无水乙醇恒沸精馏模拟流程图
②指定组分。在“Components’’项目的“Specifications’’中，按英文名称或分子式查找乙醇、水和苯三种组分，并添加到组分列表中。
③指定热力学计算方法。该步骤主要用于指定物系的汽一液平衡计算方法。由于该物系为非理想体系，且存在部分互溶问题，所以热力学方法采用NRTL。该方法在Properties →Global→Base method中指定。
④输入物流信息。恒沸塔进料FEED的输入信息，包括压力、汽化率 (或温度)、组分流量(或流量和组成)。夹带剂苯的用量关系到无水乙醇的浓度，可以先给定一个初始流量(如图中显示的0.74kmol／h)，然后再逐步降低该值，直到乙醇产品达到浓度要求。 ⑤输入设备信息。恒沸精馏塔的输入信息，在Blocks→DISTl中首先输入恒沸塔设备参数，设置塔板数(Number of stages)为20，冷凝器(Condenser)为全凝器 (Total)，有效相为气—液—液(Vapor—Liquid—Liquid)。考虑到该塔中存在恒沸物，所以收敛算法(Convergence)采用恒沸算法(Azeotropic)。在操作参数(Operating specifications)中输入馏出液流量(Distillate rate)为28.6 kmol／h，回流液流量(Reflux rate)为82.51 kmol／h。该模块还需要输入操作压力(1 atm)、三相范围(1～20)，由于比较简单，在此不再单独说明。
苯回收塔的设备信息，理论板数(Number of stages)为15；由于该塔与恒沸塔共用一冷凝器，所以此处冷凝器(Condenser)选择无(None)；有效相态(Valid phases)选择气—液—液三相(Vapor—Liquid—Liquid)；由于该塔中乙醇浓度较低，不出现恒沸物，所以收敛算法(Convergence)选用标准算法(Standard)。操作参数(Operating specifications)中仅需指定再沸器热负荷(Reboiler duty)为14 kW。该塔的其他信息指定方式与恒沸塔相似，不再赘述。 ⑥开始模拟。经过以上步骤，所有的信息输入项均显示了蓝色的“√’’标志，表示所需信息已经全部输入。点击工具栏中的“N→”按钮，或菜单Run→Run，开始模拟计算。计算成功，则Aspen Plus主窗口右下角显示蓝色的“Results Available’’提示信息；否则需要检查输入信息是否有问题，或重新指定初值，再次进行模拟计算。最后，点击Results