全文总字数：1463字

1. 研究目的与意义

间歇精馏也称为分批精馏，其主要特点有:(1)间歇精馏是一个动态过程;(2)单塔可以完成多个组分的分离;(3)允许进料组分浓度在较大的范围内变化,操作弹性大。它特别适合于原料处理量小、组分数多的批量生产。间歇精馏在精细化工、制药等高附加值产品生产行业得到越来越广泛的应用和重视。

间歇精馏的研究主要集中在两个方面:(1)关于间歇精馏的数学模型及其计算方法的研究。由于间歇精馏是一个动态过程,数学模型中含有微分方程组,具有较强的刚性,求解困难,因此有必要对间歇精馏数学模型的建立及其求解方法作深入研究;(2)关于操作过程的优化研究。根据不同的优化目标,提出不同的优化方案,打破了恒参数的简单操作策略。优化操作策略与常规精馏操作相比,虽然缩短了操作时间,但是操作起来比较困难,在生产中难以得到实际应用。所以近30年来,对于间歇精馏进行的研究主要在于操作方法的改进和间歇精馏数学模型的建立及其计算方法。随着间歇生产形式的扩展，间歇精馏的应用范围日益扩大，派生出许多间歇精馏新过程，例如：热敏物料的间歇精馏，高凝固点物料的间歇精馏。这些被分离物料本身的特点，是间歇精馏过程必须满足一定的特殊要求，遵循一定的分离规律，形成了间歇精馏过程的特殊分支。

在间歇精馏方面，随着高技术时代的到来，分离液体混合物的新技术、新方法层出不穷，但蒸馏技术仍然是液一液分离最重要的过程之一。在实际生产中，当处理的物料量较少，或分离要求较高，或料液品种、组成变化频繁时，为方便操作，简化设备，常常采用间歇精馏。间歇精馏分为回流比恒定和馏出液组成恒定两种操作。无论哪种，相关操作参数均随时间而变，属不稳定过程，其工艺计算均为非线性问题，较之连续精馏计算更加复杂、繁琐和冗长。若想通过手算进行深入的研究根本是不可能的。因此，极大地影响了人们对它的深入研究和认识深度，妨碍了它的技术进步。利用计算机高超的能力解算化工过程的数学模型，以模拟化工过程系统的性能，这种技术早在50年代己开始在化学工业中应用。目前，可供计算各类蒸馏过程使用的最广泛的化工流程模拟软件有美国 aspentech公司的 aspen plus，simulation scienees公司的pro/Ⅱ，加拿大hyprotech公司的hysys，这3个软件均拥有先进且成熟的流程模拟理论和技术，集成了庞大的经过严格校正的物性数据库和精确的物性预测系统，处于化工模拟界的领导地位，并得到国内外炼油企业和设计单位的广泛应用。

2. 国内外研究现状分析

间歇精馏的数学模型主要包括严格模型和简捷模型。

1、严格模型 1963年,meadows首次提出了多组分间歇精馏的数学模型,主要假设有:塔板上液体全混,忽略塔板持汽量,塔身绝热,离开塔板的汽液相平衡,每块塔板恒体积持液。1968年,distefano对meadows提出的多组分间歇精馏严格模型进行了改进,主要假设有:塔身绝热,每块塔板恒体积持液,忽略塔板上持汽量,忽略流体力学滞后,离开每块塔板的汽液相平衡。这个严格模型包括塔顶冷凝器和塔底再沸器以及塔内各块塔板的总物料衡算方程、组分衡算方程、能量衡算方程、相平衡方程等。1981年,boston等人对meadows提出的数学模型进行了改进,把中间进料、中间热交换、汽液相侧线采出等引入模型,从而使所建立的模型得到进一步的完善。1999年,furlonge等人提出了更为严格的数学模型。用此严格数学模型进行模拟计算,结果表明十分接近实际的间歇精馏塔操作过程,缺点是进行计算所消耗的时间较多。严格模型最大缺点是需要较大的计算量和很大的计算机存储空间。特别是随着塔板数的增加和待分离原料中组分数的增大,严格模型的计算量会随之增大很多。由于间歇精馏操作的初步设计和控制以及操作的优化需要进行多次反复的运算,所以严格模型不适用于这些方面。

2、简捷模型(快捷模型) 1991年,al-tuwaim等提出了简捷模型用于间歇精馏塔的设计,在假设相对挥发度、产品纯度、能量消耗、进料组成已经指定的情况下,利用简捷模型可以容易的计算出最佳理论板数和最佳回流比。1991年,diwekar等提出了fug快捷模型。此模型把间歇精馏操作看作是进料组成不断变化的连续精馏操作,把任一时刻塔釜的组成看作是下一时段连续精馏操作的进料组成。分别给出了在恒塔顶组成和恒回流比操作下的计算方法,并且把恒塔顶操作的情况进一步细化,分为所有组分的组成不变和只有一种组分组成不变的情况,并分别给出了这2种操作情况下的数学模型。结果表明,在塔板上持液量较小的情况下,简捷模型和严格模型的模拟结果非常接近。但是当持液量比较大时,简捷模型和严格模型的模拟结果相差较远,主要原因是受塔板持液飞轮效应和容量效应的影响。为了消除塔板持液量较大时产生的飞轮效应和容量效应,di-wekar对fug快捷模型进行了改进,引入了分块理论。无限塔板塔(简称为isc)模型也是基于准稳态基础上的快捷模型,即将间歇精馏操作看作进料组成不断变化的连续精馏操作,这一点和fug快捷模型的建模思想相同。isc快捷模型最重要的假设是进行间歇精馏操作的塔具有无限多的理论塔板。bauerle等计算了二元物系采用分批精馏达到规定的分离要求所需要的最小蒸汽量,分别讨论了在常见的恒回流比和恒塔顶组成操作方式下的情况。davidyan等将isc快捷模型用于计算中间罐间歇精馏装置进行二元物系的分离操作的模拟计算。barolo和salomone等对于间歇精馏在恒回流比。

3. 研究的基本内容与计划

主要研究内容包括：用rose釜测定醇醚-共沸剂，醇醚-共沸剂-水在常压下的汽液平衡数据，关联得到共沸交互体系所需热力学模型参数，进行一致性检验；测定填料塔理论塔板数与填料高度的关系；利用化工模拟软件aspen plus中batchsep及radfrec模块建立共沸脱水工艺模型，通过模拟计算获得不同热力学模型、共沸剂用量、填料高度、出水速度（回流比）对分离效果的影响规律，与实验结果相互验证，比较动态模拟与稳态模拟模型与结果的吻合度。

试验计划: ①用改进过的rose釜测定乙醇--水体系的气液平衡数据，熟练rose釜的操作流程及操作注意事项。

②用rose釜分别测定乙二醇单丁醚正丁醚，水正丁醚，乙二醇单丁醚水，乙二醇单丁醚水正丁醚四个体系的气液平衡数据，绘制出各体系的气液平衡数据曲线。

4. 研究创新点

运用了大型化工模拟软件Aspen Plus软件中的各种模型对精馏进行模拟，并与实验结果相比较，得出不同的热力学模型、共沸剂用量、填料高度、出水速度（回流比）对分离效果的影响规律。