1,4二羥基蒽醌廢水鄰苯二甲酸回收利用研究

沈永梅，丁衛林

（1.常州大學 計算機與人工智能學院，江蘇常州 213000；2.常州大學化工設計研究院有限公司，江蘇常州 213000）

1,4-二羥基蒽醌是紡織印染行業中的重要染料中間體，我國使用傳統的對苯二酚法和氯苯酚法生產1,4-二羥基蒽醌，均存在苯酐的轉化率低、原料用量大等缺點[1]。由于反應原料過量最終形成了大量工業廢水，同時廢水里還有硫酸、硼酸、對苯二甲酸等原料。

按照現有的生產工藝，每生產1 t的1,4-二羥基蒽醌約產生70 t廢水，而且廢水的色澤深、濃度高、有毒，如果不進行處理就排放，廢水中的有機物和廢酸極易對環境造成污染。同時考慮到廢水中的鄰苯二甲酸、硫酸和硼酸也是重要的工業原料，因此通過合適的途徑可以把廢水中的有機物和廢酸資源化利用[2-3]。

本文設計了6 000 t/a廢水的鄰苯二甲酸精餾回收工藝，結合已有實驗結果利用Aspen軟件完成廢水中鄰苯二甲酸精餾回收的初步工程設計，對1,4-二羥基蒽醌廢水資源利用工業化的實現具有一定的指導意義。

1 流程設計

以1,4-二羥基蒽醌廢水原料，對其中的鄰苯二甲酸進行資源化利用。廢水中含有質量分數分別為4.80%、0.15%和0.15%的鄰苯二甲酸、硼酸和硫酸。

1.1 處理工藝路線

根據1,4-二羥基蒽醌廢水的特點，為實現廢水中的鄰苯二甲酸的資源化利用，采用分步處理回收的技術方案，技術路線和工藝過程為鄰苯二甲酸的吸附、吸附劑洗脫及鄰苯二甲酸的精餾回收，工藝路線見圖1[4]。

圖1 1,4-二羥基蒽醌廢水鄰苯二甲酸回收工藝

1.2 工藝流程說明

原料1,4-二羥基蒽醌廢水（0101）經過預處理后，送入吸附塔（A0101）中吸附鄰苯二甲酸，其中吸附材料為NDA-404樹脂，在吸附塔中，鄰苯二甲酸的脫除率可達97%，經過吸附的1,4-二羥基蒽醌廢水含有硼酸、硫酸（0103）去下一個工段處置。吸附鄰苯二甲酸的NDA-404樹脂（0102）進入脫附塔，用酸性乙醇（0104）洗滌NDA-404樹脂，過濾液相產物可得到鹽酸、乙醇和鄰苯二甲酸的混合溶液（0105）；洗滌后的固相產物為NDA-404樹脂，再去吸附塔吸附鄰苯二甲酸[5-6]。

鹽酸、乙醇和鄰苯二甲酸的混合溶液在精餾塔（T0101）中進行精餾分離，塔頂產物（0106）為鹽酸和乙醇的混合物，可以繼續用作洗脫劑；塔底產物（0107）為重組分的鄰苯二甲酸，經進一步冷凝后（0108）實現了1,4-二羥基蒽醌廢水中的鄰苯二甲酸的回收利用。

2 計算軟件與計算方法

2.1 計算軟件

Aspen Plus是一個生產裝置設計、穩態模擬和優化的大型通用流程模擬系統，廣泛用于全球各大化工、石化、煉油等過程工業。為實現鄰苯二甲酸的資源化利用，達到最高的回收率，應用大型化工流程模擬軟件Aspen Plus對精餾塔（T0101）進行工業化設計。

2.2 計算方法

由于Aspen Plus自帶豐富的物性數據庫和計算模塊，可以根據圖1的工藝進行模擬計算，其中精餾塔T0101采用RadFrac模塊進行計算，考察回流比、塔板數、進料板位置對出料濃度（以質量分數表示）的影響。

3 結果與分析

為從乙醇、鹽酸和鄰苯二甲酸的混合溶液中回收鄰苯二甲酸，需確定精餾塔T0101的回流比和塔板數，通過簡單計算后，T0101的回流比設定為0.75，理論塔板數為12塊，以此為基準研究回流比和塔板數的最優值。

3.1 回流比的確定

化工生產中都要選擇合適的回流比，根據鄰苯二甲酸在塔釜產品中的濃度和塔釜的質量流率對回流比進行了優化設計，結果見圖2和圖3。回流比越大，塔底回收的鄰苯二甲酸的濃度和流率也越高，但回流比越大，能耗越高，根據實際情況和能耗，合適的回流比為0.8，此時塔底可得鄰苯二甲酸的濃度為0.996 25，流率為 865.8 kg/h。

圖2 回流比對濃度的影響

圖3 回流比對流率的影響

3.2 塔板數的確定

為研究不同塔板數下的鄰苯二甲酸的濃度變化情況，進行了靈敏度分析，結果如圖4所示。當塔板數增加到14塊時，塔底鄰苯二甲酸濃度幾乎沒有明顯變化了，因此最佳塔板數設置為14塊。

圖4 塔板數對濃度的影響

3.3 進料板位置的確定

尋找到最佳回流比和塔板數后，需要確定最佳進料板位置。采用靈敏度分析，不同的進料板位置收得塔底鄰苯二甲酸的濃度不同，濃度最高時選為進料板。研究了從第5塊塔板開始進料到第13塊塔板位置，分別得到的鄰苯二甲酸的濃度，所得結果如圖5所示。在第12塊塔板進料，得到的鄰苯二甲酸的濃度為最高，可達0.996 3。

經過以上簡捷計算和精確計算可知，T0101的理論塔板數為14塊，回流比為0.8，第12塊塔板進料，此時在塔底得到的鄰苯二甲酸的濃度最高，回收率也最高，為97.3%。

圖5 進料板對濃度的影響

4 結論

本文為回收1,4-二羥基蒽醌廢水中的鄰苯二甲酸進行了工藝設計，實現了其資源化利用的工藝研究，在解決環境污染難題的同時帶來了經濟效益。