一種五氟丙烷廢氣處理工藝仿真設計

程潮

摘 要：某物料微波膨脹系統采用五氟丙烷作為浸漬介質并采用微波進行膨脹，生產過程中產生含五氟丙烷的尾氣。文章采用吸收-解吸工藝對尾氣進行處理，針對設計工況采用ASPEN PLUS軟件進行了仿真模擬，并對比分析了乙醇、苯甲酸甲酯和苯甲酸乙酯三種吸收液的吸收效果，結果如下：采用吸收-解吸工藝對該系統尾氣進行處理，可以有效將尾氣中的有機介質降低至0.5%以下進行排放，三種吸收液中乙醇吸收效果最好，吸收效果排名依次為乙醇、苯甲酸甲酯和苯甲酸乙酯。

關鍵詞：尾氣處理；吸收法；五氟丙烷；乙醇；苯甲酸甲酯；苯甲酸乙酯

中圖分類號：X701 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）09-0081-02

Abstract： In a material microwave expansion system， pentafluoropropane was used as impregnation medium and microwave was used to expand， and the tail gas containing pentafluoropropane was produced in the process of production. In this paper， the exhaust gas is treated by absorption-desorption process， and ASPEN PLUS software is used to simulate the design condition. The absorption effects of ethanol， methyl benzoate and ethyl benzoate were compared and analyzed. The results were as follows： the exhaust gas of the system was treated by absorption-desorption process. The organic medium in the exhaust gas can be effectively reduced to less than 0.5% for discharge. Ethanol absorption efficiency is the best in the three absorbents， and the order of absorption effect is ethanol， methyl benzoate and ethyl benzoate.

Keywords： exhaust gas treatment； absorption method； pentafluoropropane； ethanol； methyl benzoate； ethyl benzoate

1 概述

某微波膨脹系統使用自主研發的浸漬介質對物料浸漬，然后采用微波進行膨脹處理，浸漬介質的主要成分為五氟丙烷。在工藝過程中，浸漬入物料的介質經過微波加熱蒸發與空氣混合形成有機氛圍蒸汽，該混合氣體直接排放會對大氣環境造成污染。目前，雖然國標GB 16297-1996《大氣污染物綜合排放標準》[1]沒有對五氟丙烷類介質的排放值作出限定。但是，過量地吸入該介質對人體是有危害的。另一方面，經測算該系統的運行成本的80%來源于介質消耗，過高的介質消耗影響了設備的經濟運行水平和推廣應用。從環保和經濟兩方面來看，對尾氣中的五氟丙烷介質進行回收處理都是非常必要的。

工業上有機蒸汽的回收與控制一般采用有壓縮冷凝法，吸收法和吸附法等。五氟丙烷沸點較低（14℃），壓縮冷凝法很難達到較低的排放濃度。吸附法適用于低介質濃度（<1%）的回收利用，SP32系統內介質濃度較高（>10%），不適于其介質的回收利用[2，3]。吸收法具有處理量大，可處理較高濃度介質氣體的特點[4，5]。因此，本文采用數值模擬方法，對系統采用吸收法進行尾氣處理進行仿真設計，并選取不同的吸收液進行對比分析，以期達到系統低濃度排放和介質循環利用的目的，提高系統的環保性和經濟性。

2 系統簡介

在該微波膨脹系統中，物料在浸漬了介質以后進入微波腔，在接受微波照射時發生膨脹，同時釋放出大量的介質氣體（主成分：五氟丙烷）和水蒸氣。為了避免水蒸氣在微波腔內凝結為液態水，影響微波加熱的效果，在微波腔的側壁設置了三個抽空口，由1000m3/h風機將微波腔內的介質氣、水蒸氣與空氣一齊抽走。風機后端接一座噴淋冷卻塔，用7℃冷卻水將將混合氣冷卻到10℃左右直接排空，如圖1所示。排空的尾氣以空氣為主，含有少量的介質氣，經色譜分析，其中介質的體積濃度約為10%。

3 數值模擬設置

本項目采用Aspen Plus 8.6軟件對采用吸收法處理排放尾氣的工藝過程進行仿真模擬，考察不同吸收工藝條件下的介質回收效果，為吸收工藝設備的設計選型提供技術依據。

3.1 模擬模型

本文采用ASPEN構建了系統尾氣吸收-解吸處理的模擬流程，如圖2所示。從系統抽吸來的尾氣首先送入吸收塔T101，經過吸收后的乏介質氣體經過塔頂排空，塔底富含介質氣體的吸收液送入解吸塔T102，在解吸塔T102中經過精餾完成解吸，高純度介質氣體從塔頂餾出，吸收塔從塔底餾出循環使用。

3.2 邊界條件

尾氣流股條件見表1：

3.3 吸收液選擇

本文選取了三種吸收液，分別為乙醇（CAS號：64-17-5）、苯甲酸甲酯（CAS號：93-58-3）和苯甲酸乙酯（93-98-0）。

4 計算結果與討論

分別采用苯甲酸甲酯、苯甲酸乙酯和乙醇三種吸收液開展了仿真模擬，通過設計規定確定：乏氣中五氟丙烷低于0.5%時，三種吸收液的吸收塔和解吸塔仿真結果見表2。

從表2中可以看出，從吸收液流量分析，采用乙醇作為吸收液，其吸收液用量顯著小于苯甲酸甲酯和苯甲酸乙酯，從而造成其吸收塔和解吸塔直徑均小于苯甲酸甲酯和苯甲酸乙酯。從吸收液用量和吸收效果角度考慮，適宜的吸收液排名為乙醇、苯甲酸甲酯和苯甲酸乙酯。

5 結束語

本文采用ASPEN PLUS 軟件對某系統尾氣的吸收回收進行了仿真模擬，并對三種不同的吸收液進行了對比分析，結論如下：

（1）采用吸收-解吸工藝對某系統尾氣進行處理，其工藝上是可行的，可以有效將系統尾氣中的有機介質降低至0.5%以下進行排放，可以提高系統的環保性，并實現介質循環利用。

（2）對比三種吸收液，乙醇作為吸收液，其吸收液用量和吸收效果明顯優于苯甲酸甲酯和苯甲酸乙酯，適宜的吸收液排名為乙醇、苯甲酸甲酯和苯甲酸乙酯。

參考文獻：

[1]GB 16297-1996大氣污染物綜合排放標準[S].中國標準出版社，1996.

[2]Wen-Tien Tsai， Horng-Ping Chen， Wu-Yuan Hsien. A review of uses， environmental hazards and recovery/recycle technologies of perfluorocarbons （PFCs） emissions from the semiconductor manufacturing processes[J]. Journal of Loss Prevention in the Process Industries， 2002，15（2）：65-75.

[3]李明哲，黃正宏，康飛宇.揮發性有機物的控制技術進展[J].2015，32（03）：2-9.

[4]林雪.制冷系統乙烯回收工藝的優化設計與安全分析[D].大連理工大學，2015.

[5]安潤濤.丙烯腈裝置吸收塔尾氣處理技術應用研究[D].東北石油大學，2015.