甲醇-乙醇混合物物性方法筛选的研究

梁佳敏，陈智会，刘 浪，王克良，雷 兰，叶 昆

(1.六盘水师范学院 化学与材料工程学院，贵州 六盘水 553004；2.中国石油工程建设有限公司华北分公司，河北 任丘 062552)

在制药工业中甲醇经常作为有机原料，乙醇作为一种生产中常用的溶剂，在精细化工、医药等领域有着广泛的使用，从经济和环保的角度考虑均需要通过分离处理，使甲醇、乙醇以很高的纯度分开[1-7]。甲醇与乙醇具有良好的互溶性，并且常压下，甲醇的沸点65℃[8]，乙醇的沸点78℃。因为甲醇与乙醇的沸点较接近，若要分离这两种物质，就需要进行精馏操作。而两者均为化工工业中的重要原料，也在国家生产工业中有着重要的地位[9]，因此，分离甲醇和乙醇及其混合物也是化工生产中的一个重要环节[10-12]。目前，化工行业常采用的分离方法主要有精馏，膜分离法等[13]。

本文运用Aspen plus软件的WILSON、NRTL及UNIQUAC三个热力学模型模拟计算甲醇-乙醇体系的气液相平衡数据，并将其与实验值进行比较，通过误差分析，选出最优的物性方法。

1 物性方法的择优

本文分别使用WILSON、NRTL及UNIQUAC三种热力学模型计算了甲醇-乙醇体系的温度和平衡气相组成数据，以Alvarez V H等人[14]发表的实验数据为基础，即对甲醇-乙醇体系的相平衡参数进行计算并与实验数据进行对比及误差分析，筛选出最合适本体系的热力学方法。

1.1 WILSON模型

采用Aspen plus软件的WILSON热力学模型进行计算分析，所得的甲醇和乙醇体系的温度与平衡气相组成的实验数据与计算参数如表1、表2。

从表1中得出通过WILSON模型计算出的温度计算值与实验值的最大绝对偏差为：0.17，最大相对偏差为：0.21%，平均绝对偏差为：0.03，平均相对偏差为：0.04%。

从表2中得出通过WILSON模型计算出的平衡气相组成的计算值与实验值的最大绝对偏差：0.0034，最大相对偏差为：1.2351%，平均绝对偏差为：0.0013，平均相对偏差为：0.3328%。

表1 甲醇和乙醇混合物温度的计算值与实验值的 对比表(WILSON方程)

表1(续)

表2 甲醇和乙醇混合物平衡气相组成的计算值与实验值的 对比表(WILSON方程)

1.2 NRTL模型

采用Aspen plus软件的NRTL热力学模型进行计算分析，所得的甲醇和乙醇体系的温度与平衡气相组成的实验数据与计算参数如表3、表4。

表3 甲醇和乙醇混合物温度的计算值与实验值的 对比表(NRTL方程)

从表3中得出通过NRTL模型计算出的温度计算值与实验值的最大绝对偏差为：0.17，最大相对偏差为：0.22%，平均绝对偏差为：0.03，平均相对偏差为：0.04%。

表4 甲醇和乙醇混合物平衡气相组成的计算值与实验值的 对比表(NRTL方程)

表4(续)

从表4中得出通过NRTL模型计算出的平衡气相组成的计算值与实验值的最大绝对偏差为：0.0034，最大相对偏差为：1.2110%，平均绝对偏差为：0.0011，平均相对偏差为：0.3198%。

1.3 UNIQUAC模型

采用Aspen plus软件的UNIQUAC热力学模型进行计算分析，所得的甲醇和乙醇体系的温度与平衡气相组成的实验数据与计算参数如表5、表6。

表5 甲醇和乙醇混合物温度的计算值与实验值的 对比表(UNIQUAC方程)

表5(续)

从表5中得出通过UNIQUAC模型计算出的温度计算值与实验值的最大绝对偏差为：0.17，最大相对偏差为：0.22% ，平均绝对偏差为：0.03，平均相对偏差为：0.04%。

表6 甲醇和乙醇混合物平衡气相组成的计算值与实验值的 对比表(UNIQUAC方程)

从表6中得出通过UNIQUAC模型计算出的平衡气相组成计算值与实验值的最大绝对偏差为：0.0027，最大相对偏差为：0.9666%，平均绝对偏差为：0.0007，平均相对偏差为：0.1948%。

1.4 热力学模型的比选

本文分别选用了WILSON、NRTL及UNIQUAC三种热力学模型进行计算了甲醇-乙醇体系的温度和平衡气相组成数据，将三种模型得出的计算值与实验值进行比较，从以上的分析也能看出，三种模型均能很好的关联甲醇-乙醇体系的气液相平衡实验数据，尤其是温度值的估算上，三种模型的误差分析相同，但基于表7的公式分析，我们可以得出UNIQUAC模型的偏差最小，所以，我们选择UNIQUAC模型为最优；同时我们将UNIQUAC模型拟合的曲线与实验数据点进行比较，以甲醇的摩尔组成为X轴，温度为Y轴作图1，从图中可以得出通过UNIQUAC模型计算出的数据与实验数据拟合得很好。

表7 三种热力学模型的误差分析

其中，T-温度，y-气相中甲醇的摩尔分数，N-实验点数，exp-实验值，cal-计算值。

图1 UNIQUAC模型T-xy计算值与实验值的比较

2 结论

本文运用化工模拟软件Aspen Plus中的Data Regression功能，分别用WILSON、NRTL及UNIQUAC三个热力学模型模拟计算甲醇-乙醇体系的气液相平衡数据并将其与实验值进行比较，通过误差分析，我们得出三种模型均能很好的拟合甲醇-乙醇体系的气液相平衡实验数据，但UNIQUAC模型因误差最小而被选为最优的物性方法。