高原地區(qū)模擬分離乙醇菜體系的可行性探討

高建 王克良

摘 要：選擇離子液體作為萃取劑，采用萃取精餾分離乙醇-水體系。六盤水地區(qū)的氣壓低于標準大氣壓，模擬計算時不能直接引用文獻中的物性參數(shù)和相互作用數(shù)據(jù)，分離體系中的汽液平衡數(shù)據(jù)需要由實驗測定，將實驗數(shù)據(jù)導入Aspen Plus軟件進行流程模擬計算。在此過程中，采用實驗和計算相結(jié)合的方法篩選新型離子液體，為無水乙醇在六盤水地區(qū)的大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)提供理論指導。

關(guān)鍵詞：萃取精餾；乙醇；離子液體；模擬

無水乙醇在工業(yè)產(chǎn)品中占有非常重要的位置，是化工、軍事、醫(yī)藥和化妝品等領(lǐng)域不可缺少的基礎(chǔ)原料。[1]另外乙醇可以用作交通工具的清潔燃料。科學界對乙醇開展了系統(tǒng)性研究，其中乙醇的提純是研究的熱點和難點。[2]在標準大氣壓下，乙醇和水極易混合生成共沸物，共沸物中含有至少4.4%水（質(zhì)量分數(shù)），常規(guī)分離方法（例如精餾、蒸餾）不能得到無水乙醇。在各種解決方案中，萃取精餾是一個較好選擇[3-5]

1 萃取精餾法

在萃取精餾分離乙醇-水體系過程中，為了打破共沸現(xiàn)象，需要加入萃取劑，使混合物中各組分的相對揮發(fā)度發(fā)生變化，通過該過程產(chǎn)出無水乙醇。[6，7]和其他精餾不同的是，該過程不生成共沸物，萃取劑的加入只是改變相關(guān)體系的相對揮發(fā)度。水和萃取劑從塔底進入溶劑回收裝置，乙醇從精餾塔塔頂出來。提純后的萃取劑再次進入萃取精餾塔進行循環(huán)利用。[8，9]

萃取精餾擁有操作簡單和處理量大的優(yōu)勢，是高效分離乙醇-水的分離方法，其流程圖見下圖。

由上圖可知，該過程需要從塔頂導入萃取劑，萃取劑在塔內(nèi)分布均衡，其在每一塊塔板上都起著作用。值得注意的是，不能從第一塊塔板加入萃取劑，這是為了降低萃取劑的損耗，通常從第三塊塔板處加入。為了減小塔釜再沸器的熱負荷，原料以氣態(tài)混合狀態(tài)從下部加入上述裝置。[11]

萃取精餾技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應用，學術(shù)界對此展開了深入廣泛的研究。萃取精餾是制備無水乙醇的最佳選擇。

2 Aspen Plus軟件在萃取精餾中的應用

Aspen Plus軟件是全世界最優(yōu)秀的化工模擬軟件，它精確且全面模擬了從單元操作到整個工藝的流程。[12]其廣泛應用于模擬精餾，極大推動了石油化工的發(fā)展。[13]在它的大規(guī)模應用推廣過程中，發(fā)現(xiàn)需要完善相關(guān)物性數(shù)據(jù)庫且物性估算方法有待改進。[14]

本文準備在分離乙醇-水體系過程中加入離子液體作為萃取劑，重點研究Aspen Plus軟件模擬優(yōu)化相關(guān)工藝流程。但是本研究所在地六盤水市處于云貴高原地區(qū)，當?shù)卮髿鈮旱陀跇藴蚀髿鈮海辉谘芯窟^程中，不能直接引用文獻報道的物性參數(shù)。考慮到上述問題，本研究計劃首先通過實驗測定反應物料的汽液平衡數(shù)據(jù)，然后將相關(guān)數(shù)據(jù)導入Aspen Plus軟件進行流程模擬計算。[16-18]相關(guān)研究成果有助于篩選新型萃取劑，達到節(jié)能減排的效果。[19-21]

3 結(jié)語

無水乙醇在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著舉足輕重的作用，但是常規(guī)分離手段不能高效分離乙醇和水的混合物得到合格的無水乙醇，萃取精餾是最合適的分離技術(shù)。[22]現(xiàn)在，萃取精餾技術(shù)還在不斷發(fā)展中，它存在著能耗大和溶劑消耗多等多種問題。在各種問題中，萃取劑的選擇是最大的挑戰(zhàn)。[23，24]

離子液體是解決上述問題的理想選擇，它一直是萃取精餾分離乙醇-水體系的研究熱點，本研究計劃使用離子液體萃取精餾分離乙醇-水。首先，實驗測定乙醇-水-萃取劑體系的汽液平衡數(shù)據(jù)，利用熱力學預測模型關(guān)聯(lián)得到二元交互作用參數(shù)；然后，將相關(guān)參數(shù)導入Aspen Plus軟件進行過程模擬與優(yōu)化。本研究對工藝改進及設(shè)備設(shè)計等具有重要意義，為無水乙醇在六盤水地區(qū)的大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)提供理論指導。

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