梁佳敏，陳智會(huì)，劉 浪，王克良，雷 蘭，葉 昆

(1.六盤(pán)水師范學(xué)院 化學(xué)與材料工程學(xué)院，貴州 六盤(pán)水 553004；2.中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司華北分公司，河北 任丘 062552)

在制藥工業(yè)中甲醇經(jīng)常作為有機(jī)原料，乙醇作為一種生產(chǎn)中常用的溶劑，在精細(xì)化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣泛的使用，從經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的角度考慮均需要通過(guò)分離處理，使甲醇、乙醇以很高的純度分開(kāi)[1-7]。甲醇與乙醇具有良好的互溶性，并且常壓下，甲醇的沸點(diǎn)65℃[8]，乙醇的沸點(diǎn)78℃。因?yàn)榧状寂c乙醇的沸點(diǎn)較接近，若要分離這兩種物質(zhì)，就需要進(jìn)行精餾操作。而兩者均為化工工業(yè)中的重要原料，也在國(guó)家生產(chǎn)工業(yè)中有著重要的地位[9]，因此，分離甲醇和乙醇及其混合物也是化工生產(chǎn)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)[10-12]。目前，化工行業(yè)常采用的分離方法主要有精餾，膜分離法等[13]。

本文運(yùn)用Aspen plus軟件的WILSON、NRTL及UNIQUAC三個(gè)熱力學(xué)模型模擬計(jì)算甲醇-乙醇體系的氣液相平衡數(shù)據(jù)，并將其與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較，通過(guò)誤差分析，選出最優(yōu)的物性方法。

1 物性方法的擇優(yōu)

本文分別使用WILSON、NRTL及UNIQUAC三種熱力學(xué)模型計(jì)算了甲醇-乙醇體系的溫度和平衡氣相組成數(shù)據(jù)，以Alvarez V H等人[14]發(fā)表的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，即對(duì)甲醇-乙醇體系的相平衡參數(shù)進(jìn)行計(jì)算并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比及誤差分析，篩選出最合適本體系的熱力學(xué)方法。

1.1 WILSON模型

采用Aspen plus軟件的WILSON熱力學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算分析，所得的甲醇和乙醇體系的溫度與平衡氣相組成的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與計(jì)算參數(shù)如表1、表2。

從表1中得出通過(guò)WILSON模型計(jì)算出的溫度計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的最大絕對(duì)偏差為：0.17，最大相對(duì)偏差為：0.21%，平均絕對(duì)偏差為：0.03，平均相對(duì)偏差為：0.04%。

從表2中得出通過(guò)WILSON模型計(jì)算出的平衡氣相組成的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的最大絕對(duì)偏差：0.0034，最大相對(duì)偏差為：1.2351%，平均絕對(duì)偏差為：0.0013，平均相對(duì)偏差為：0.3328%。

表1 甲醇和乙醇混合物溫度的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的 對(duì)比表(WILSON方程)

表1(續(xù))

表2 甲醇和乙醇混合物平衡氣相組成的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的 對(duì)比表(WILSON方程)

1.2 NRTL模型

采用Aspen plus軟件的NRTL熱力學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算分析，所得的甲醇和乙醇體系的溫度與平衡氣相組成的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與計(jì)算參數(shù)如表3、表4。

表3 甲醇和乙醇混合物溫度的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的 對(duì)比表(NRTL方程)

從表3中得出通過(guò)NRTL模型計(jì)算出的溫度計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的最大絕對(duì)偏差為：0.17，最大相對(duì)偏差為：0.22%，平均絕對(duì)偏差為：0.03，平均相對(duì)偏差為：0.04%。

表4 甲醇和乙醇混合物平衡氣相組成的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的 對(duì)比表(NRTL方程)

表4(續(xù))

從表4中得出通過(guò)NRTL模型計(jì)算出的平衡氣相組成的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的最大絕對(duì)偏差為：0.0034，最大相對(duì)偏差為：1.2110%，平均絕對(duì)偏差為：0.0011，平均相對(duì)偏差為：0.3198%。

1.3 UNIQUAC模型

采用Aspen plus軟件的UNIQUAC熱力學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算分析，所得的甲醇和乙醇體系的溫度與平衡氣相組成的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與計(jì)算參數(shù)如表5、表6。

表5 甲醇和乙醇混合物溫度的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的 對(duì)比表(UNIQUAC方程)

表5(續(xù))

從表5中得出通過(guò)UNIQUAC模型計(jì)算出的溫度計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的最大絕對(duì)偏差為：0.17，最大相對(duì)偏差為：0.22% ，平均絕對(duì)偏差為：0.03，平均相對(duì)偏差為：0.04%。

表6 甲醇和乙醇混合物平衡氣相組成的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的 對(duì)比表(UNIQUAC方程)

從表6中得出通過(guò)UNIQUAC模型計(jì)算出的平衡氣相組成計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的最大絕對(duì)偏差為：0.0027，最大相對(duì)偏差為：0.9666%，平均絕對(duì)偏差為：0.0007，平均相對(duì)偏差為：0.1948%。

1.4 熱力學(xué)模型的比選

本文分別選用了WILSON、NRTL及UNIQUAC三種熱力學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算了甲醇-乙醇體系的溫度和平衡氣相組成數(shù)據(jù)，將三種模型得出的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較，從以上的分析也能看出，三種模型均能很好的關(guān)聯(lián)甲醇-乙醇體系的氣液相平衡實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，尤其是溫度值的估算上，三種模型的誤差分析相同，但基于表7的公式分析，我們可以得出UNIQUAC模型的偏差最小，所以，我們選擇UNIQUAC模型為最優(yōu)；同時(shí)我們將UNIQUAC模型擬合的曲線與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行比較，以甲醇的摩爾組成為X軸，溫度為Y軸作圖1，從圖中可以得出通過(guò)UNIQUAC模型計(jì)算出的數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得很好。

表7 三種熱力學(xué)模型的誤差分析

其中，T-溫度，y-氣相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)，N-實(shí)驗(yàn)點(diǎn)數(shù)，exp-實(shí)驗(yàn)值，cal-計(jì)算值。

圖1 UNIQUAC模型T-xy計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的比較

2 結(jié)論

本文運(yùn)用化工模擬軟件Aspen Plus中的Data Regression功能，分別用WILSON、NRTL及UNIQUAC三個(gè)熱力學(xué)模型模擬計(jì)算甲醇-乙醇體系的氣液相平衡數(shù)據(jù)并將其與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較，通過(guò)誤差分析，我們得出三種模型均能很好的擬合甲醇-乙醇體系的氣液相平衡實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，但UNIQUAC模型因誤差最小而被選為最優(yōu)的物性方法。