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随着计算机技术的不断发展,过程仿真模拟技术已经越来越多的运用到化学工业中。本文主要通过ASPEN PLUS对卡夫食品公司咖啡香料的精馏操作进行模拟计算以及填料塔的选型和改造。
本文主要以原填料塔的特性和塔进料的组成性质为研究对象,通过ASPENPLUS为平台,建立一套完善的模拟流程,以产品的质量浓度和换热系统的热负荷为目标函数,得出在原进料状况下最优化的工艺运行参数,并模拟出进料状态改变对目标函数的影响;然后在塔的生产能力变为原来的1.9倍以后,对填料塔的操作状况进行考察,并对原塔以及附属设备进行初步改造和选型,为下一步扩大生产和技术改造提供了理论依据。
本文建立的稳态数学模型MESH方程能准确的描述填料塔的气液分布和传质传热状况。基于ASPEN PLUS的NRTL热力学方法能够较好的拟合出水一咖啡香料的气液平衡关系,仿真流程能够较为精确地模拟出整个咖啡香料精馏过程,通过模拟计算得出在原塔和原进料状况下最佳的工艺运行参数:回流比3.5,进料位置第8块(基于理论当量高度HETP的塔板数)板,进料温度60℃,此时产品的浓度为42800ppm,产量为50kg/h,浓缩倍数为20.4,模拟结果收敛。在此操作条件下,温度、压力以及各组分浓度沿填料塔呈比较理想的分布状况,而且塔的流体力学性质稳定。在塔的生产能力要求为原来的1.9倍以后,采取上述的工艺操作条件,选用合适型号和尺寸的塔体、填料、塔内件和附属设备,此时产品的浓度为45300ppm,产量为90kg/h,浓缩倍数为21.27,产品的产量、质量以及浓缩倍数都较现行操作有了较大程度提高;通过经济效益分析,整个投资的回收期为0.7年左右,以后每年可创造的直接经济效益约为285.7万元,具有较为显著的经济效益。
咖啡香料精馏系统的工艺流程的全过程模拟优化和改造,具有较好的应用前景,值得今后推广应用。