變壓精餾分離甲醇與碳酸二甲酯工藝流程的模擬

于魯汕，張瑞英，張程前，王冠英，王前進，孫東林

（山東理工大學化學工程學院，山東淄博 255000）

變壓精餾分離甲醇與碳酸二甲酯工藝流程的模擬

于魯汕，張瑞英，張程前，王冠英，王前進，孫東林

（山東理工大學化學工程學院，山東淄博 255000）

甲醇（MeOH）與碳酸二甲酯（DMC）會形成共沸混合物，它們的共沸組成會隨著壓強變化，變壓精餾是分離共沸混合物的其中一種有效方法。選擇 Wilson模型作為熱力學模型，回歸了該熱力學模型中的交互作用參數，然后用 Aspen Plus對變壓精餾分離甲醇與碳酸二甲酯工藝流程進行了模擬與優化。通過該分離流程可以實現甲醇與碳酸二甲酯的分離，所得碳酸二甲酯的質量分數達到99.5%，甲醇的質量分數達到99.9%。

碳酸二甲酯；甲醇；共沸混合物；變壓精餾；Aspen Plus

碳酸二甲酯（DMC）具有多種反應性能，是用途廣泛的“綠色”化工產品。常壓下，DMC與MeOH形成二元共沸物，共沸溫度63.66℃，質量分數為：MeOH70.13%，DMC29.87%，其混合物不用常規方法分離。本文用Aspen Plus化工設計軟件對變壓精餾分離DMC-MeOH的工藝進行了模擬和優化，確定了分離的適宜條件，使DMC的質量分數達到99.8%，MeOH的質量分數達到99.9%。

1 甲醇-碳酸二甲酯體系的熱力學分析

對混合物進行分離模擬計算，要確定熱力學模型及相關參數，才能建立分離流程進行分離計算。由于Aspen Plus 數據庫中缺少DMC-MeOH的熱力學交互參數，根據文獻[2]中的數據進行了二元交互作用參數進行了回歸，并將回歸所得的Wilson 模型參數代入進行氣液平衡計算。基于甲醇的共沸組成會隨著壓強變大而變大這一規律，可以通過變壓精餾實現DMC-MeOH的分離。

2 工藝過程模擬

2.1 工藝流程建立

本文研究的待分離DMC-MeOH混合物，物流條件如下：30℃，0.2MPa，其中DMC為4 500kmol/h，甲醇25 500kmol/ h。設計一個低壓塔和一個高壓塔串聯的流程來分離DMC與MeOH的混合物，在低壓塔中塔底得到質量分數≥99.9%的工業甲醇。塔頂的混合物（接近低壓混合物恒沸組成）進入高壓塔進一步分離，在高壓塔的塔底得到質量分數≥99.8%的DMC產品。塔頂的混合物（接近高壓混合物的恒沸組成）循環回低壓塔再分離。實現DMC與MeOH混合物的完全分離。

2.2 精餾塔工藝參數的確定

采用Aspen Plus設計軟件中的模型分析工具對低壓塔和高壓塔串聯、變壓分離DMC-MeOH混合物流程的工藝參數進行設計和優化，在理論板數和回流比盡可能小的情況下，使分離所得的DMC質量分數≥99.8%以上，MeOH的質量分數達到99.9%。

3 工藝流程優化模擬結果及物料衡算

流程模擬結果由表1所示，DMC的質量分數達到99.8%，甲醇的質量分數達到99.9%。

表1 甲醇、DMC的分離結果

本系統總物料衡算如表2所示，由表可知，該系統進料流量等于出料流量，遵守物料平衡，說明模擬結果可靠。

表2 全過程物料衡算

4 結束語

通過對低壓塔和高壓塔的影響因素進行分析，對工藝參數進行了優化，找到了最優參數，使DMC的質量分數達到99.8%，甲醇的質量分數達到99.9%，整個過程物料平衡，模擬工藝達到生產要求，對具體工廠生產具有巨大的指導意義。

[1] 楊德明，王 楊，廖 巧，等.基于雙塔精餾的甲醇-碳酸二甲酯分離工藝[J].化工進展，2012，31（5）：1165-1168.

[2] 姚林祥，劉振鋒，宋懷俊，等，變壓精餾分離碳酸二甲酯與甲醇工藝流程的模擬[J].化學工程，2013，30（4）：32-35.

Simulation of Separation of Methanol and Dimethyl Carbonate by Pressure Distillation

Yu Lu-shan，Zhang Rui-ying，Zhang Cheng-qian，Wang Guan-ying，Wang Qian-jin，sun Dong-lin

Methanol（MeOH）and dimethyl carbonate（DMC）form an azeotropic mixture，and their azeotropic composition changes with pressure.Transformer distillation is one of the effective methods for separating azeotrope.The Wilson model was chosen as the thermodynamic model to analyze the interaction parameters in the thermodynamic model.Then，the process flow from methanol and dimethyl carbonate was simulated and optimized by Aspen Plus.The separation of methanol and dimethyl carbonate can be achieved through the separation process，the mass fraction of dimethyl carbonate reached 99.5%，and the mass fraction of methanol reached 99.9%.

dimethyl carbonate；methanol；azeotropic mixture；variable pressure distillation；Aspen Plus

TQ225.242

B

1003–6490（2017）05–0121–01

2017–03–05

于魯汕（1961—），廣東汕頭人，副教授，主要研究方向為化工設計。