萃取精餾分離甲醇-乙腈混合物的工藝模擬

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(1.中國石油工程建設有限公司華北分公司，河北 任丘 062552；2.六盤水師范學院 化學與材料工程學院，貴州 六盤水 553004)

1 引言

甲醇、乙腈是重要的有機化工原料，廣泛應用在化工、醫藥等行業，兩者在常壓下會形成共沸物，共沸組成為(甲醇：81%，乙腈：19%)[1-3]，因此本文采用萃取精餾分離這組共沸物[4]，于洋[1]報道了萃取精餾分離甲醇、乙腈共沸物的方法；李靜等人[5-8]報道了離子液體作為溶劑萃取精餾分離共沸體系的方法。本文通過Radfrac模塊比較了不同萃取劑在相同條件下的分離效果，篩選出最佳萃取劑，運用靈敏度分析優化了各操作參數對分離效果的影響，得到最優工藝參數。

2 不同萃取劑分離效果比選

本文考察了4種萃取劑(苯胺、二甘醇、糠醛、環己醇)對甲醇-乙腈共沸物的分離效果，模擬結果見表1。

模擬參數：進料組成為甲醇與乙腈的物質的量比(76.5∶23.5)；萃取劑進料為50℃，110kmol/h，常壓；原料進料為50℃，100kmol/h，常壓；塔板數為28塊，回流比是1.1，常壓精餾塔，萃取劑進料為第3塊塔板，原料進料為第18塊塔板。

表1 分離結果匯總表

由模擬結果可知4種萃取劑的分離效果順序為：苯胺>環己醇>糠醛>二甘醇。因此，4種萃取劑相比較苯胺為最佳萃取劑。

3 工藝流程優化

3.1 工藝流程

甲醇-乙腈萃取精餾工藝流程如圖1所示。

圖1 甲醇-乙腈體系萃取精餾工藝流程

3.2 全塔理論板數的分析

表2列舉全塔理論板數對分離效果的影響，其中XD表示塔頂甲醇的質量純度(%)，XW表示塔底甲醇的質量純度(%)。

表2 全塔理論板數的影響

甲醇的純度隨塔板數的增加而提高，當塔板數大于30塊時，達到了99.94%，全塔理論板數選30塊較為合理。

3.3 溶劑比的分析

表3列舉溶劑比對分離效果的影響。

表3 溶劑比的影響

當溶劑比為1.5時，甲醇的純度就已經達到99.95%，增加溶劑比會造成投資的明顯增加，故溶劑比選為1.5。

3.4 回流比的分析

表4列舉回流比對分離效果的影響。

表4 回流比的影響

回流比的影響呈現出先升后降的趨勢，回流比在0.8時，甲醇的純度最高，保持在99.938%，回流比選0.8。

3.5 原料及萃取劑進料位置的分析

表5列舉原料進料位置對分離效果的影響。

表5 料進料位置的影響

在第22塊塔板進料時，甲醇的分離效果到達了99.94%，故原料的進料位置選第22塊。

用同樣的分析方法，萃取劑進料位置選第4塊塔板。

3.6 萃取劑再生塔的模擬條件與結果

本文對萃取劑再生塔的工藝參數和操作參數進行了分析，最佳參數為：全塔理論板數為21塊，原料進料位置為第7塊塔板，回流比為1，常壓精餾塔。

3.7 全流程的模擬結果

全流程的模擬結果見表6。

表6 全流程的模擬結果

4 結論

(1)利用Aspen plus的Radfrac模塊比較了不同萃取劑在相同條件下的分離效果，篩選出合適的萃取劑為苯胺。

(2)采用雙塔萃取精餾工藝分離甲醇-乙腈共沸物，得到甲醇的分離效果達99.9%，乙腈的質量分數達到99.8%，萃取劑的補充量為0.267 kg//h。