陳 奇，楊太飛，左啟軍，鐘玉華，吳 紅,3，杜廷召

（1.貴州合眾錳業(yè)科技有限公司，貴州 六盤水 553600；2.六盤水師范學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院，貴州 六盤水 553004；3.貴州省煤炭潔凈利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 六盤水 553004；4.中國石油工程建設(shè)有限公司華北分公司，河北 任丘 062550）

苯酚是一種常見的有機(jī)化合物，是生產(chǎn)某些樹脂、殺菌劑、防腐劑及藥物（如阿司匹林）的重要原料[1-3]。苯酚有毒且溶于水[4-5]，但也有很好的經(jīng)濟(jì)價值，因此苯酚水溶液經(jīng)處理后再排放及回收苯酚，具有環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的雙重價值。

化工分離技術(shù)是大規(guī)模處理苯酚水溶液的重要手段，包括萃取、蒸發(fā)、精餾等[6-8]。熱力學(xué)模型的準(zhǔn)確選擇，是化工分離工程設(shè)計(jì)中重要的科學(xué)性問題[9-11]，因此，準(zhǔn)確選取苯酚-水體系在化工分離工程設(shè)計(jì)中的最優(yōu)熱力學(xué)模型，顯得尤為重要。本文用WILSON、NRTL 及UNIQUAC 這3 種熱力學(xué)模型，關(guān)聯(lián)了苯酚-水體系的氣液相平衡實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以Shi 等人[12]的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，將3 種熱力學(xué)模型計(jì)算所得的誤差進(jìn)行比較分析，最終篩選出最優(yōu)的熱力學(xué)模型。

1 物性方程的選擇

1.1 WILSON 模型

運(yùn)用Aspen Plus 中的WILSON 模型方程進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算，苯酚-水體系的溫度實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值的對比見表1，平衡氣相組成的實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值的對比見表2。

表1 苯酚-水體系的溫度計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的對比（WILSON 方程）

從表1 可知，WILSON 模型的溫度計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的最大絕對偏差、最大相對偏差、平均絕對偏差和平均相對偏差，分別為2.313%、3.459%、1.589%、2.283%。

從表2 可知，WILSON 模型的平衡氣相組成的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的最大絕對偏差、最大相對偏差、平均絕對偏差和平均相對偏差，分別為0.036%、5.074%、0.012%、1.444%?？梢钥闯觯琖ILSON 模型較好地?cái)M合了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表2 苯酚-水體系平衡氣相組成的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的對比（WILSON 方程）

1.2 NRTL 模型

用Aspen Plus 中的NRTL 熱力學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算分析，得到的苯酚-水體系的溫度實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值的結(jié)果對比見表3，氣相平衡組成的實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值的結(jié)果見表4。

表3 苯酚-水體系溫度的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的對比（NRTL 方程）

從表3 可知，NRTL 模型的溫度計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的最大絕對偏差、最大相對偏差、平均絕對偏差和平均相對偏差，分別為4.94%、5.033%、2.104%、2.902%。

從表4 可知，NRTL 模型的平衡氣相組成的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的最大絕對偏差、最大相對偏差、平均絕對偏差和平均相對偏差，分別為0.082%、11.463%、0.018%、2.29%。可以看出，NRTL 模型擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的結(jié)果不理想。

表4 苯酚-水體系平衡氣相組成的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的對比（NRTL 方程）

1.3 UNIQUAC 模型

采用Aspen plus 中的UNIQUAC 熱力學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算分析，得到的苯酚－水體系的溫度實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值的結(jié)果見表5，氣相平衡組成的實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值的結(jié)果見表6。

表5 苯酚-水體系溫度的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的對比（UNIQUAC 方程）

表6 苯酚-水體系平衡氣相組成的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的對比（UNIQUAC 方程）

從表5 可知，UNIQUAC 模型的的溫度計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的最大絕對偏差、最大相對偏差、平均絕對偏差和平均相對偏差，分別為2.549%、3.849%、1.672%、2.426%。

從表6 可知，UNIQUAC 模型的平衡氣相組成的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的最大絕對偏差、最大相對偏差、平均絕對偏差和平均相對偏差，分別為0.033、4.57%、0.012、1.402%?？梢钥闯?，UNIQUAC 模型擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的結(jié)果不太理想。

2 熱力學(xué)模型的比選

采 用WILSON、NRTL 及UNIQUAC 等3種熱力學(xué)模型，計(jì)算了苯酚-水體系的溫度及平衡氣相組成數(shù)據(jù)，將3 種模型得出的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行了比較，各模型的平均相對誤差(ARD)結(jié)果見表7。由表7可知，WILSON 和UNIQUAC 模型的相對誤差較小，均可較好地關(guān)聯(lián)汽液相平衡的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，其中WILSON 模型的平均相對誤差最小，為最優(yōu)熱力學(xué)模型。

表7 3 種熱力學(xué)模型的誤差分析

式中，T為溫度；y為氣相中水的摩爾分?jǐn)?shù)；N為實(shí)驗(yàn)點(diǎn)數(shù)，exp 為實(shí)驗(yàn)值，cal 為計(jì)算值。

3 結(jié)論

本文運(yùn)用Aspen Plus 中的Data Regression 功能，選擇WILSON、UNIQUAC 及NRTL 等3 種熱力學(xué)模型，對苯酚-水體系的熱力學(xué)模型進(jìn)行比選，得出各模型的平均相對誤差分別為3.727%、5.191%和3.828%。WILSON 熱力學(xué)模型因計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的誤差最小，確定為最佳熱力學(xué)模型。此結(jié)果可在選擇苯酚-水體系的分離設(shè)計(jì)所需的熱力學(xué)模型時，提供依據(jù)與參考。