甲醇-乙醇混合物物性方法篩選的研究

梁佳敏，陳智會，劉 浪，王克良，雷 蘭，葉 昆

(1.六盤水師范學院 化學與材料工程學院，貴州 六盤水 553004；2.中國石油工程建設有限公司華北分公司，河北 任丘 062552)

在制藥工業中甲醇經常作為有機原料，乙醇作為一種生產中常用的溶劑，在精細化工、醫藥等領域有著廣泛的使用，從經濟和環保的角度考慮均需要通過分離處理，使甲醇、乙醇以很高的純度分開[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65℃[8]，乙醇的沸點78℃。因為甲醇與乙醇的沸點較接近，若要分離這兩種物質，就需要進行精餾操作。而兩者均為化工工業中的重要原料，也在國家生產工業中有著重要的地位[9]，因此，分離甲醇和乙醇及其混合物也是化工生產中的一個重要環節[10-12]。目前，化工行業常采用的分離方法主要有精餾，膜分離法等[13]。

本文運用Aspen plus軟件的WILSON、NRTL及UNIQUAC三個熱力學模型模擬計算甲醇-乙醇體系的氣液相平衡數據，并將其與實驗值進行比較，通過誤差分析，選出最優的物性方法。

1 物性方法的擇優

本文分別使用WILSON、NRTL及UNIQUAC三種熱力學模型計算了甲醇-乙醇體系的溫度和平衡氣相組成數據，以Alvarez V H等人[14]發表的實驗數據為基礎，即對甲醇-乙醇體系的相平衡參數進行計算并與實驗數據進行對比及誤差分析，篩選出最合適本體系的熱力學方法。

1.1 WILSON模型

采用Aspen plus軟件的WILSON熱力學模型進行計算分析，所得的甲醇和乙醇體系的溫度與平衡氣相組成的實驗數據與計算參數如表1、表2。

從表1中得出通過WILSON模型計算出的溫度計算值與實驗值的最大絕對偏差為：0.17，最大相對偏差為：0.21%，平均絕對偏差為：0.03，平均相對偏差為：0.04%。

從表2中得出通過WILSON模型計算出的平衡氣相組成的計算值與實驗值的最大絕對偏差：0.0034，最大相對偏差為：1.2351%，平均絕對偏差為：0.0013，平均相對偏差為：0.3328%。

表1 甲醇和乙醇混合物溫度的計算值與實驗值的 對比表(WILSON方程)

表1(續)

表2 甲醇和乙醇混合物平衡氣相組成的計算值與實驗值的 對比表(WILSON方程)

1.2 NRTL模型

采用Aspen plus軟件的NRTL熱力學模型進行計算分析，所得的甲醇和乙醇體系的溫度與平衡氣相組成的實驗數據與計算參數如表3、表4。

表3 甲醇和乙醇混合物溫度的計算值與實驗值的 對比表(NRTL方程)

從表3中得出通過NRTL模型計算出的溫度計算值與實驗值的最大絕對偏差為：0.17，最大相對偏差為：0.22%，平均絕對偏差為：0.03，平均相對偏差為：0.04%。

表4 甲醇和乙醇混合物平衡氣相組成的計算值與實驗值的 對比表(NRTL方程)

表4(續)

從表4中得出通過NRTL模型計算出的平衡氣相組成的計算值與實驗值的最大絕對偏差為：0.0034，最大相對偏差為：1.2110%，平均絕對偏差為：0.0011，平均相對偏差為：0.3198%。

1.3 UNIQUAC模型

采用Aspen plus軟件的UNIQUAC熱力學模型進行計算分析，所得的甲醇和乙醇體系的溫度與平衡氣相組成的實驗數據與計算參數如表5、表6。

表5 甲醇和乙醇混合物溫度的計算值與實驗值的 對比表(UNIQUAC方程)

表5(續)

從表5中得出通過UNIQUAC模型計算出的溫度計算值與實驗值的最大絕對偏差為：0.17，最大相對偏差為：0.22% ，平均絕對偏差為：0.03，平均相對偏差為：0.04%。

表6 甲醇和乙醇混合物平衡氣相組成的計算值與實驗值的 對比表(UNIQUAC方程)

從表6中得出通過UNIQUAC模型計算出的平衡氣相組成計算值與實驗值的最大絕對偏差為：0.0027，最大相對偏差為：0.9666%，平均絕對偏差為：0.0007，平均相對偏差為：0.1948%。

1.4 熱力學模型的比選

本文分別選用了WILSON、NRTL及UNIQUAC三種熱力學模型進行計算了甲醇-乙醇體系的溫度和平衡氣相組成數據，將三種模型得出的計算值與實驗值進行比較，從以上的分析也能看出，三種模型均能很好的關聯甲醇-乙醇體系的氣液相平衡實驗數據，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；同時我們將UNIQUAC模型擬合的曲線與實驗數據點進行比較，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UNIQUAC模型計算出的數據與實驗數據擬合得很好。

表7 三種熱力學模型的誤差分析

其中，T-溫度，y-氣相中甲醇的摩爾分數，N-實驗點數，exp-實驗值，cal-計算值。

圖1 UNIQUAC模型T-xy計算值與實驗值的比較

2 結論

本文運用化工模擬軟件Aspen Plus中的Data Regression功能，分別用WILSON、NRTL及UNIQUAC三個熱力學模型模擬計算甲醇-乙醇體系的氣液相平衡數據并將其與實驗值進行比較，通過誤差分析，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驗數據，但UNIQUAC模型因誤差最小而被選為最優的物性方法。