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    應用Aspen Plus分離共沸物

    作者:admin 發布日期: 2019-01-23 二維碼分享

    http://www.rablues.com/非均相共沸精餾法[1]是適用于難分離物系的一種常用方法,而Aspen Plus流程模擬軟件的應用為這一方法的實施提供了簡便有效的驗證途徑,并在乙二醇獨乙醚/甲基異丁基酮/水分離、工廠有機廢液中的1,1,2-三氯乙烷的回收、高純乙腈生產、乙醇/水共沸物分離[2]、回收廢液中丙二醇甲醚與四川丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)[3,4]等領域均取得了成功的應用。

    以2-氯乙醇/水共沸物的分離為例,采用非均相共沸精餾法,對Aspen Plus流程模擬軟件的分離過程進行介紹。


    1 過程模擬

    1.1物性分析查閱資料,選取環己烷、甲苯和1,2-二氯乙烷為分離2-氯乙醇/水共沸物[5]的共沸劑。利用Aspen Plus的共沸物搜索功能獲得了三種共沸劑與待分離物系形成的.低共沸物情況,如下表1所示,選擇物性方法NRTL。表1共沸劑與2-氯乙醇/水體系的共沸物情況。

    應用Aspen Plus分離共沸物

    由表1可知,環己烷做共沸劑時,與2-氯乙醇、水形成.低三元非均相共沸物,但共沸物中2-氯乙醇與水的質量比約為1:1.5,與待分離體系中2-氯乙醇/水共沸物的比例(1:1.5)相近,因而塔釜不能獲得高濃度2-氯乙醇,所以環己烷不宜作為共沸劑分離2-氯乙醇/水共沸物。

    另外,由共沸數據可知,帶出等質量的水,需要的1,2-二氯乙烷的量遠大于甲苯;但甲苯與2-氯乙醇、水形成三元共沸物,提純過程中會帶出部分2-氯乙醇產品,而1,2-二氯乙烷則只與水形成二元共沸物,不會帶出2-氯乙醇,因此僅憑借共沸劑與2-氯乙醇、水的共沸情況,難以從甲苯與1,2-二氯乙烷中選取更為適合的共沸劑。下文將通過Aspen Plus的模擬和設計功能,以年度總費用[6](Total annual cost, TAC)為指標在甲苯和1,2-二氯乙烷中選擇較優共沸劑。

    1.2共沸劑甲苯與1,2-二氯乙烷的比較

    借助Aspen Ternary Map功能,選擇物性方法NRTL,可分別做出共沸劑甲苯、1,2-二氯乙烷與2-氯乙醇-水在三角形相圖[7]上的殘余曲線與40℃液-液相平衡曲線,圖中給出了三種組分所形成的二元、三元共沸點,可知甲苯、2-氯乙醇和水形成.低三元非均相共沸物,而1,2-二氯乙烷僅與水形成.低二元非均相共沸物,兩者作為共沸劑皆可通過共沸塔與油水分離器的組合將2-氯乙醇與水分離。

    應用Aspen Plus分離共沸物

    圖2 1,2-二氯乙烷-2-氯乙醇-水三元相圖

    應用Aspen Plus分離共沸物



    圖1甲苯-2-氯乙醇-水三元相圖

    根據圖1、2可設計出圖3所示的非均相共沸精餾概念流程:2-氯乙醇/水共沸物進入共沸塔,塔釜出料為合格的2-氯乙醇,塔頂蒸汽被冷凝至40℃后進入層析器進行油水分離,含少量水的油相出料返回共沸塔塔頂;含少量共沸劑與2-氯乙醇的水相出料進入脫水塔,塔釜出料為含ppm級有機物的廢水,塔頂出料為共沸劑和2-氯乙醇與水形成的二元或三元共沸物,此共沸物循環回層析器繼續反應。

    應用Aspen Plus分離共沸物

    圖3 非均相共沸精餾分離2-氯乙醇/水流程

    上述流程中,共沸塔的總塔板數和進料位置、脫水塔的總板數、進料位置和回流比影響了整個過程的投資費用和能耗,為獲得上述參數的.優值,對于使用不同共沸劑的非均相共沸精餾流程,以TAC為目標函數,采用Luyben提出的序貫迭代法[8]進行參數優化,結果如下表2所示,其中TAC =(資本成本+塔器成本)/回收期+蒸汽成本,詳細說明見文獻[6],單位為美元。

    表2 序貫迭代法參數優化結果


    應用Aspen Plus分離共沸物




    2 模擬結果與討論

    2.1 共沸劑分離結果

    根據表2所示的參數,采用Aspen Plus對圖3所示的20000t/a2-氯乙醇/水混合物分離過程進行了模擬,得出共沸塔及脫水塔的尺寸參數及待分離物系的分離情況,模擬結果如表3、4所示。

    表3塔尺寸參數


    應用Aspen Plus分離共沸物




    表4 不同共沸劑的模擬結果比較


    應用Aspen Plus分離共沸物




    由表4可知,無論甲苯還是1,2-二氯乙烷作為共沸劑,皆可在共沸塔的塔釜獲得合格的2-氯乙醇產品,但以1,2-二氯乙烷為共沸劑時,由于其帶水較少,導致油相回流量遠高于甲苯為共沸劑的情況。

    2.2 模擬流程TAC計算數據

    甲苯、1,2-二氯乙烷作為共沸劑,皆可實現共沸物2-氯乙醇/水的分離,在共沸塔的塔釜獲得合格的產品。在此情況下,以表3所示共沸塔、脫水塔尺寸參數進行TAC計算,得出下表5所示數據。


    表5 TAC比較


    應用Aspen Plus分離共沸物




    由表5可知,對于兩種共沸劑,流程的能耗主要由共沸塔決定。甲苯為共沸劑時,由于共沸塔的油相回流量遠小于1,2-二氯乙烷為共沸劑時,使得其共沸塔能耗更低;而且由于以1,2-二氯乙烷為共沸劑時共沸塔的油相回流量遠大于以甲苯為共沸劑時,這兩點皆使得以甲苯為共沸劑的非均相共沸精餾流程的TAC較1,2-二氯乙烷更低,因此本文選擇甲苯為共沸劑。


    3 結論

    針對非均相共沸精餾法提純2-氯乙醇的過程,應用通用過程模擬軟件Aspen Plus,通過其物性分析功能,無需模擬即可排除環己烷為共沸劑,節省了過程開發時間;根據對三元相圖的分析,進行了使用不同共沸劑的分離過程的概念設計;.后,通過模擬和優化確定了.佳共沸劑為甲苯,并確定了.優工藝條件。

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