丙酮-乙酸乙酯多級萃取分離工藝的模擬

李 靜，陳 輝，敖 凱，劉朝義，雷 蘭，杜廷召

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

丙酮和乙酸乙酯為有機溶劑，常應(yīng)用于化工與醫(yī)藥等行業(yè)，用于塑料、纖維等產(chǎn)品中[1-3]，分離兩者混合物有多種方法，實驗室對丙酮等化學(xué)品的萃取研究較多[4-6]，工業(yè)上精餾與萃取較為常用，因精餾過程耗能巨大，而萃取過程則有占地小、操作方便、能耗低的優(yōu)勢[7-9]，因此，本文采用萃取工藝。

基于環(huán)保角度考慮，本文以水為萃取劑，通過Aspen Plus軟件模擬和優(yōu)化萃取工藝分離丙酮-乙酸乙酯過程并得到最佳的工藝條件。

1 工藝簡介

1.1 模擬的初始條件

從環(huán)境和經(jīng)濟角度考慮，本文選水為萃取劑。模擬過程采用萃取塔(Extract)模塊，物性方法選用NRTL，第一液相關(guān)鍵組分為水，第二液相關(guān)鍵組分為乙酸乙酯，具體進料條件詳見表1。

表1 模擬的初始條件

1.2 工藝流程圖

工藝流程詳見圖1，萃取劑與廢液分別從塔頂和塔底進入，廢液中的丙酮進入萃取劑水當(dāng)中而成為萃取液，萃余液得到高純度的乙酸乙酯。

圖1 萃取塔工藝流程圖

2 影響因素分析

在萃取劑類型固定的情況下，影響萃取效果的因素有萃取塔的塔板數(shù)、萃取劑的量、萃取劑溫度。本文逐一分析這三個因素對萃取效果的影響。

2.1 理論塔板數(shù)對萃取效果的影響

本文用Sensitivity工具分析萃取塔塔板數(shù)的影響，結(jié)果列于表2。其中w1表示萃余液中乙酸乙酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，w2表示萃余液中丙酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，w3表示萃余液中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

表2 萃取塔不同理論塔板數(shù)的模擬結(jié)果

由表2可知：萃余液中丙酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨萃取塔塔板數(shù)的增加而增加，當(dāng)萃取塔理論塔板數(shù)大于6時，丙酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再改變。因此，萃取塔理論塔板數(shù)選為6較為合理。

2.2 萃取劑用量對萃取效果的影響

本文用Sensitivity工具分析萃取劑用量的影響，結(jié)果列于表3。

表3 不同萃取劑用量的模擬結(jié)果

由表3可知：當(dāng)萃取劑的量大于700 kg/h時，萃余液中丙酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達到最低值，乙酸乙酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達到最大值，并且隨著萃取劑的用量的增加也不再變化，因此，溶劑的量選為700 kg/h時較為合理。

2.3 萃取劑溫度對萃取效果的影響

本文用Sensitivity工具分析萃取劑溫度的影響，結(jié)果列于表4。

表4 不同萃取劑溫度的模擬結(jié)果

由表4可知：萃取劑的溫度越低越有利，當(dāng)溫度在2～10℃時，丙酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為最低值并保持不變，同時水的夾帶量也隨溫度的升高而增加，因此，萃取劑的溫度選擇為2℃。

2.4 最佳的工藝參數(shù)及模擬結(jié)果

最佳的工藝參數(shù)及結(jié)果詳見表5，最終的模擬結(jié)果詳見表6，其中m1表示萃余液中乙酸乙酯的質(zhì)量流率(kg/h)，m2表示萃余液中丙酮的質(zhì)量流率(kg/h)，m3表示萃余液中水的質(zhì)量流率(kg/h)。

由表5和表6可得：乙酸乙酯中的丙酮已基本被分離，丙酮在萃余液中含量極低，而水有少量的夾帶到萃余液中，降低了乙酸乙酯的純度，但與進料的70%相比，提高到了97.6%，分離效果較好。

表5 最佳的工藝參數(shù)

表6 最終的模擬結(jié)果

3 結(jié)論

本文采用萃取工藝分離丙酮和乙酸乙酯混合物，通過sensitivity工具分析各工藝參數(shù)對分離效果的影響，在萃取塔板數(shù)為6塊，萃取劑用量為700 kg/h，萃取劑溫度為2 ℃時，萃余液中乙酸乙酯的質(zhì)量純度達97.6 %，丙酮的含量小于1 ‰。