氯乙酸混合物凝固點(diǎn)的模擬計(jì)算

孫順平，侯 振，張進(jìn)治

（中國(guó)天辰工程有限公司，天津 300400）

氯乙酸混合物凝固點(diǎn)的模擬計(jì)算

孫順平，侯 振，張進(jìn)治

（中國(guó)天辰工程有限公司，天津 300400）

在氯乙酸的工程設(shè)計(jì)及生產(chǎn)操作過(guò)程中，氯乙酸混合物的凝固點(diǎn)是關(guān)鍵。驗(yàn)證了 Aspen 軟件計(jì)算凝固點(diǎn)的可靠性，并模擬計(jì)算了氯乙酸混合物的凝固點(diǎn)，為工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)操作提供依據(jù)。

氯乙酸；凝固點(diǎn)；Aspen；模擬計(jì)算

1 概述

氯乙酸是一種重要的有機(jī)化工原料，主要用來(lái)生產(chǎn)羧甲基纖維素、油田化學(xué)品、表面活性劑等[1]。在氯乙酸裝置的建設(shè)及生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，氯乙酸混合物凝固點(diǎn)數(shù)據(jù)，保溫、冷卻、冷凝等過(guò)程的溫度控制極為重要，以防止保溫時(shí)提供的熱量不夠或者冷凝過(guò)量造成溶液凝固，而出現(xiàn)生產(chǎn)故障或者設(shè)計(jì)失敗造成不必要的損失。目前氯乙酸混合物凝固點(diǎn)數(shù)據(jù)主要依靠經(jīng)驗(yàn)，本文采用 Aspen 進(jìn)行模擬計(jì)算為工程設(shè)計(jì)及生產(chǎn)運(yùn)行提供依據(jù)。

2 理論基礎(chǔ)

在一定外壓下，液體逐漸冷卻開(kāi)始析出固體時(shí)的平衡溫度稱為液體的凝固點(diǎn)。對(duì)于溶液及混合物，在溶劑和溶質(zhì)不形成固溶體的條件下，當(dāng)溶劑中溶有少量的溶質(zhì)形成稀溶液，則從溶液中析出固態(tài)純?nèi)軇┑臏囟龋慈芤旱哪厅c(diǎn)就會(huì)低于純?nèi)軇┰谕瑯油鈮合碌哪厅c(diǎn)，并且遵循一定的公式，這就是凝固點(diǎn)降低的現(xiàn)象。

對(duì)于混合體系，某一組分或多種組分凝固是一個(gè)涉及氣液固的多相態(tài)平衡過(guò)程。對(duì)于處于相平衡的體系中，每一種組分在各個(gè)相中的逸度是相等的，即

用活度系數(shù)表示，則

f-逸度；ν，l，s-相態(tài)氣、液、固；φν-氣相逸度系數(shù)；x，y-摩爾分?jǐn)?shù)；γ-活度系數(shù)；

溶劑的液相逸度用下式計(jì)算

θ*l為壓力的 Poynting 校正系數(shù)，在低壓下取值接近 1，實(shí)際按1計(jì)算。

氣相逸度由狀態(tài)方程計(jì)算，

R-摩爾氣體常數(shù)；P，T-系統(tǒng)壓力溫度；V-總體積；Zm-為混合氣體的壓縮因子；n-計(jì)算組分的總物質(zhì)的量。

3 Aspen計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證

乙二醇防凍液是一種常見(jiàn)防凍劑，主要由乙二醇和水組成。為驗(yàn)證 Aspen 模擬計(jì)算凝固點(diǎn)的可靠性，首先用 Aspen計(jì)算了乙二醇防凍液的凝固點(diǎn)，并將結(jié)果與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)圖1。可以看出，當(dāng)乙二醇含量 ＜35% 或 ＞80% 時(shí)，計(jì)算值與文獻(xiàn)值一致[2]，當(dāng)乙二醇含量為 35%～80% 時(shí)，計(jì)算結(jié)果有一定偏差，接近共凝點(diǎn)溫度偏差較大，為 -9.5℃，但整體來(lái)看，計(jì)算結(jié)果可以作為工程設(shè)計(jì)及生產(chǎn)操作的依據(jù)。

圖1 乙二醇防凍液凝固點(diǎn)隨濃度變化

4 結(jié)果與討論

氯乙酸混合物體系主要包括氯乙酸、醋酸、水，分別對(duì)氯乙酸 -水、醋酸 -水二元體系，及氯乙酸 -醋酸 -水三元體系進(jìn)行了計(jì)算。

4.1 氯乙酸-水體系

氯乙酸產(chǎn)品有兩種形式：固體結(jié)片或80% 的水溶液，純氯乙酸的凝固點(diǎn)為60℃，因此需要考慮產(chǎn)品的保溫防止凝固。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖2，得出80% 的氯乙酸溶液凝固點(diǎn)為6.5℃，氯乙酸濃度增大時(shí)，產(chǎn)品凝固點(diǎn)升高，85% 的氯乙酸溶液凝固點(diǎn)為 16.6℃。此外，氯乙酸濃度為 60% 時(shí)有最低凝固點(diǎn)為 -25.7℃。純乙酸的凝固點(diǎn)為 16.6℃，如果為 95% 的乙酸，則凝固點(diǎn)降低為10℃，見(jiàn)圖3。

圖2 氯乙酸溶液凝固點(diǎn)隨濃度變化

圖3 乙酸溶液凝固點(diǎn)隨濃度變化

4.2 氯乙酸-乙酸-水體系

對(duì)于的三元體系，分計(jì)算了氯乙酸和水的質(zhì)量比依次為2 ∶ 1、1 ∶ 1、1 ∶ 2時(shí)，體系凝固點(diǎn)隨乙酸含量的變化，具體結(jié)果見(jiàn)圖4～6。比較圖4～6，可以看出隨著三元體系中氯乙酸和水的比例降低，氯乙酸的凝固點(diǎn)曲線逐漸下降，而水的凝固點(diǎn)曲線逐漸提升，整體趨勢(shì)符合理論分析。

圖4 氯乙酸∶水=2∶1體系凝固點(diǎn)隨乙酸濃度變化

5 結(jié)論

1）用 Aspen 模擬計(jì)算了乙二醇 -水溶液的凝固點(diǎn)和文獻(xiàn)值比較，結(jié)果表明 Aspen 計(jì)算結(jié)果可作為工程設(shè)計(jì)依據(jù)，但需要注意當(dāng)體系組成接近共凝點(diǎn)時(shí)偏差增大。

圖5 氯乙酸∶水=1∶1體系凝固點(diǎn)隨乙酸濃度變化

圖6 氯乙酸∶水=1∶2體系凝固點(diǎn)隨醋酸濃度變化

2）模擬計(jì)算了不同組成下氯乙酸 -水、醋酸 -水二元體系，及氯乙酸 -醋酸 -水三元體系凝固點(diǎn)數(shù)據(jù)，為工程設(shè)計(jì)提供了依據(jù)，為生產(chǎn)操作提供指導(dǎo)。

[1] 陳 浩.氯乙酸生產(chǎn)技術(shù)及市場(chǎng)分析[J].精細(xì)與專用化學(xué)品，2011，19（2）：1-4.

[2] 蘇海鵬.乙二醇水溶液在油氣集輸加熱工藝中的應(yīng)用研究[J].石油化工應(yīng)用，2013，32（4）：97-100.

Freezing Point of Chloroacetic Acid Mixture Simulated Calculation

Sun Shun-ping，Hou Zhen，Zhang Jin-zhi

For the engineer design and product operation of chloroacetic acid，freezing point of chloroacetic acid mixture is very important.Freezing point calculated by the Aspen software reliability is verified，Using Aspen to calculate and determine the freezing point of chloroacetic acid mixture，provide basis for engineer design and product operation.

chloroacetic acid；freezing point；aspen；simulated calculation

TQ028.31

A

1003-6490（2017）06-0165-02

2017-05-10

孫順平（1985—），男，山東威海人，工程師，主要從事化工設(shè)計(jì)工作。