甲醇-苯共沸物連續(xù)萃取精餾工藝的流程模擬

汪 梅，王克良，胡飛付，李 志，連明磊，杜廷召

(1.六盤水師范學(xué)院 化學(xué)與化學(xué)工程系，貴州 六盤水 553004；2. 中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司 華北分公司,河北 任丘 062552)

甲醇-苯共沸物連續(xù)萃取精餾工藝的流程模擬

汪 梅1，王克良1，胡飛付1，李 志1，連明磊1，杜廷召2

(1.六盤水師范學(xué)院 化學(xué)與化學(xué)工程系，貴州 六盤水 553004；2. 中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司 華北分公司,河北 任丘 062552)

基于化工模擬軟件Aspen Plus，選用苯甲醚為萃取劑，采用UNIFAC模型，對(duì)甲醇-苯共沸體系的連續(xù)萃取精餾過程進(jìn)行模擬與條件優(yōu)化。采用Sensitivity靈敏度分析考察了萃取精餾塔的的溶劑比(萃取劑對(duì)原料的物質(zhì)的量比)、全塔理論板數(shù)、原料進(jìn)料位置、萃取劑進(jìn)料位置、回流比等因素對(duì)分離效果與熱負(fù)荷的影響。確定的最佳工藝方案為：全塔理論板數(shù)為28，原料和萃取劑分別在第22塊和第6塊理論板進(jìn)料，回流比為1，溶劑比為2。在此工藝方案下：產(chǎn)品甲醇和苯的純度均達(dá)99.94%，萃取劑苯甲醚的回收率達(dá)99.99%，模擬與優(yōu)化結(jié)果為甲醇-苯共沸物連續(xù)萃取精餾分離過程的工業(yè)化設(shè)計(jì)和操作提供了理論依據(jù)和設(shè)計(jì)參考。

aspen plus；萃取精餾；甲醇；苯；苯甲醚

甲醇和苯均為化工生產(chǎn)中的有機(jī)溶劑[1]。通常在常溫下，甲醇和苯存在最低共沸點(diǎn)，可以形成最低共沸體系，需采用特殊精餾才能將其有效分離得到高純度的甲醇和苯。萃取精餾[3-6]是化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程中的一個(gè)重要的工業(yè)分離方法，是近幾十年來出現(xiàn)并迅速發(fā)展起來的一個(gè)新興的研究領(lǐng)域。本文采用甲醇-苯體系作為研究對(duì)象，通過繪制擬二元汽液平衡相圖的方法，篩選出苯甲醚作為合適的萃取劑。并通過靈敏度分析得到最優(yōu)工藝參數(shù)。

1 萃取精餾過程模擬

1.1 模擬條件與結(jié)果

原料進(jìn)料為甲醇和苯混合物，選擇苯甲醚為萃取劑。模擬的初始設(shè)定值如表1。

2 工藝參數(shù)優(yōu)化

2.1 連續(xù)萃取精餾流程

以苯甲醚作為萃取劑，連續(xù)分離甲醇-苯二元共沸物系的工藝流程圖見圖1。

表1 全流程模擬參數(shù)Table 1 Simulation data of process simulation

圖1 甲醇-苯體系連續(xù)萃取精餾工藝流程

Fig.1 The process of continuous extractive distillation of methanol -benzene

2.2 溶劑比對(duì)塔頂甲醇純度及熱負(fù)荷的影響

保持其它初始條件不變，對(duì)溶劑比進(jìn)行靈敏度分析，結(jié)果見圖2。當(dāng)溶劑比為2(mole)時(shí)，塔頂甲醇摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)到最大：99.64%，且此時(shí)全塔熱負(fù)荷較低，故選擇溶劑比為2(mole)。

圖2 溶劑比的影響Fig.2 The effect of mole ratio of solvent to mixture

2.3 全塔理論板數(shù)對(duì)分離效果的影響

改變?nèi)軇┍燃慈軇┻M(jìn)料流率為200 kmol/h，結(jié)果見圖3。當(dāng)全塔理論板數(shù)為28時(shí)，塔頂甲醇摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)到最大，因此選擇全塔理論板數(shù)為28。

圖3 全塔理論板數(shù)的影響Fig. 34 The effect of the number of theory stages

2.4 原料進(jìn)料位置對(duì)分離效果與熱負(fù)荷的影響

在2.3的基礎(chǔ)上改變理論塔板數(shù)為28，結(jié)果見圖4。在原料進(jìn)料位置為第19-23塔板時(shí)，全塔熱負(fù)荷較低且甲醇純度最高，故考慮選擇原料進(jìn)料位置設(shè)置為第22塊塔板。

2.5 萃取劑進(jìn)料位置與回流比對(duì)分離效果的影響

萃取劑進(jìn)料位置與回流比對(duì)分離效果影響的分析結(jié)果為：萃取劑進(jìn)料位置為第6塊塔板，回流比為1時(shí)，甲醇純度最高且全塔熱負(fù)荷最小。

圖4 原料進(jìn)料位置的影響Fig.4 The effect of mixture feed stage

3 結(jié)論

(1)運(yùn)用AspenPlus軟件中Sensitivity靈敏度分析工具分析了不同因素對(duì)分離效果的影響。提出最佳工藝方案為：萃取精餾塔的全塔理論板數(shù)為28，原料和萃取劑進(jìn)料位置分別為第22塊和第6塊理論板，回流比為1，溶劑比為2。

(2)在最佳工藝方案下，甲醇和苯的純度均達(dá)99.94%，萃取劑苯甲醚的回收率達(dá)99.99%，循環(huán)補(bǔ)充量為0.02kmol/h。模擬與優(yōu)化結(jié)果為甲醇-苯共沸物連續(xù)萃取精餾分離過程的設(shè)計(jì)和操作提供了參考。

[1] 許憲碩.萃取精餾分離甲醇-苯二元共沸物[D].天津：天津大學(xué),2012.

[2] 程能林,趙江洪,何祿桂,等. 工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)科的建設(shè)[J].高等工程教育研究,1994(4):5-8.

[3] Lee F M．Extractive distillation:separating close-boiling-point components[J.Chem Eng，1998，71(1)：112-121.

[4] Lee F M．Extractive distillation of alkane/cycloalkane feed employing mixedSolvent:U S Patent，4948470，1990-08-14.

[5] 白 鵬,鄔慧雄,朱思強(qiáng).分批萃取精餾技術(shù)的研究進(jìn)展[J].石油化工,2001,30(7)：563-566.

[6] 張志剛,徐世民,李鑫鋼.間歇萃取精餾技術(shù)的研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展,2004,23(9)：933-937.

[7] 全國化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì) .GB338-2011,工業(yè)用甲醇[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

(本文文獻(xiàn)格式：汪 梅，王克良，胡飛付，等.甲醇-苯共沸物連續(xù)萃取精餾工藝的流程模擬[J].山東化工，2017，46(12)：133-134.)

The Simulation of Ethyl Acetate and EthanolAzeotrope with Continuous Extractive Distillation Process

WangMei1,WangKeliang1,HuFeifu1,LiZhi1,LianMinglei1,DuTingzhao2

(1. Department of Chemistry and Chemical Engineering, Liupanshui Normal University, Liupanshui 553004, China;2.North China Company, China Petroleum Engineering Co.,Ltd.,Renqiu 062552, China)

In this paper the extractant was anisole, continuous extractive distillation process for methanol-benzene azeotropic system was simulated and optimized by choosing UNIFAC as the physical property method of calculation using Aspen Plus V7.3. The separation effect and heat duty of the number of theory stages, the mixture feed stage, the solvent feed stage, the reflux ratio and the mole ratio of extractant to mixture (solvent ratio) were investigated using sensitivity analysis tool. The optimal condition for the extractive distillation is as follows: the number of theory stages is 28, the mixture feed stage is 22nd, the solvent feed stage is 6th, the reflux ratio is 1, and the solvent ratio is 2. Under the technological condition：The purity of methanol and benzene are up to 99.94%，the recovery rate of anisole is up to 99.99%。，The results are useful for the design and operation of continuous extractive distillation process for methanol-benzene azeotropic system.

aspen plus, extractive distillation, methanol, benzene, anisole

2017-04-13

貴州省科技廳聯(lián)合基金項(xiàng)目(黔科合J字LKLS[2013]27號(hào))；貴州省教育廳教學(xué)內(nèi)容與課程體系改革項(xiàng)目(GZSJG10977201604)；貴州省普通高等學(xué)校煤系固體廢棄物資源化技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(No:黔教合人才團(tuán)隊(duì)字[2014]46號(hào))；貴州省教育廳特色重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目([2011]278)；貴州省煤炭資源清潔高效利用科研實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(黔科平臺(tái)[2011]4003號(hào))

汪 梅(1993—)，女，工學(xué)學(xué)士，貴州岑鞏人，主要從事化工分離方面的研究；通訊聯(lián)系人：王克良(1984—)，黑龍江齊齊哈爾人，碩士，講師，主要從事化工傳質(zhì)與分離、節(jié)能方面的研究。

TQ028

A

1008-021X(2017)12-0133-02