對于共沸物的分離，一般來說不能夠通過傳統的精餾方法進行分離提純。但是可以在共沸體系中加入一種夾帶劑來改變共沸混合物的相對揮發度，從而達到分離的效果（萃取精餾）。

加入一種共沸劑，使其餘其中一種共沸物形成最小或者最大共沸物，從而達到分離提純的效果（共沸精餾）；如果共沸體系的共沸組成對壓力比較敏感的可以使用變壓精餾來完成分離提純的效果（變壓精餾）。

本文将針對共沸精餾（不使用共沸劑）來分離提純正丁醇和水共沸物。從圖1正丁醇和水的T–xy圖可以看出，在水的組成為0.42和0.97的時候，這個區域為非均相區域（即油水區域），共沸點處于這個區域，因此可以使用傾析器來打破精餾邊界（即共沸點），可以大大的節約能耗。

圖2. 0.5atm下的正丁醇-水的T–xy圖

從上圖的T–xy圖可以看出液液線左側為XH2O=0.42，XH2O=0.97。正丁醇和水的分離，進料為10%的正丁醇，首先讓進料至傾析器（Decanter），分離出來的水相（Aqueous）組成為：0.97W，0.03B；有機相（Organic）組成為：0.42W，0.58B。

注：W表示為水（water），B表示為正丁醇（n-Butanol）。

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2. 使用Aspen Plus軟件内置的RadFrac精确模拟模塊，對此體系進行模拟設計。詳細的流程圖如圖3所示。

圖3.流程圖

使用ASPEN PLUS模拟的步驟：

1.給定AQUEOUS物流初始數據如下圖所示

圖4.水相的物流信息

給定的ORIGNIC物流初始數據如下所示

圖5.有機相的物流信息

對于其具體的摩爾流量大家可能有疑問，這裡進行簡單的計算。由于初始數據最低需要滿足塔底出料的水和正丁醇的含量，所以T-101A的塔釜采出水量930/0.97>=900;而T-101B的塔釜采出量正丁醇180/0.58>=100。這樣就可以簡單的計算出水相和有機相的摩爾流量，其組成可以從相圖中觀察出來，那麼下面将進行換熱器的參數設置：

圖6.換熱器的參數設置

冷凝器設置參數如上圖所示，設定其冷卻後的溫度為343K，壓降為0。設定完這些以後，就需要對兩個汽提塔（T-101A和T-101B）進行參數的設定：

1. T-101A參數設置：

圖7. T-101A的參數設定

在這裡，我們首先設定理論塔闆數為11（此處不含塔闆效率或者塔闆效率按照100%來計算），收斂方法選擇強非理想液體（Strongly non-ideal liquid），塔體的操作設定選擇塔底流率（Bottom rate），塔頂冷凝器設定為None，即不需要冷凝器。

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設定完這些參數以後，大家可能又有疑問了，900如何确定的？是最佳的嗎？下面将展示設定規定（Design Spec）功能來實現優化設計這一參數

圖8.設定規定的目标值

首先點擊開Blocks–T0101-A–Specifications–Design Specifications，可以設定目标值，這裡設定的為塔底的産品純度是0.999，同時可以再Component這個地方選擇哪個物質，這裡選擇為水，在Feed/Products Streams這個地方選擇的物流為B1，然後點擊開Vary，即變量，如圖9所示。

圖9. 變量範圍的設定

點開以後，選擇調整的類型（Adjusted variables）為塔底的流率。上下限可以設定為900數值的左右即可，這裡設定為800和1000。

2. T-101B參數設置：

圖10. T101-B的參數設定

同樣的方法，将T-101B的參數進行設定即可，見圖10-11-12所示：

圖11.設計規定的目标值

圖12.變量的範圍選擇

上述的參數均設定完畢，還需要進行撕裂物流的設定，可以加速收斂。點擊左側的Convergence–Tear選擇ORGANIC和AQUEOUS兩股物流為撕裂物流即可，點擊Run進行運算，可以得到兩個塔底的物流信息。

圖13.撕裂物流的設定

圖14. Aspen Plus流程模拟圖

詳細計算結果一覽表如下表所示，可以很清楚的看出塔底的物流摩爾組成均為0.999，滿足設計要求。

聲明：對于設計的初始值均來自于文獻[1]，如有雷同或者涉及到機密請聯系删除，謝謝。

參考文獻：

[1]. William L. Luyben Control of the Heterogeneous Azeotropic n-Butanol/Water Distillation System. Energy & Fuels 2008, 22, 4249–4258.

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