叔丁醇-二甲苯混合蒸汽的精餾過程模擬與優化

要鑫偉，徐志偉，張 微，王海英，韓素娟，曹 梅，張 奇

(河北冠龍農化有限公司，河北 衡水 053000)

烯酰嗎啉是一類較理想的專一殺卵菌綱真菌的嗎啉類高效殺菌劑，對霜霉菌、疫霉菌等真菌特別有效，在葡萄、馬鈴薯和番茄等作物中具有用量少、持續期長、使用安全等特點，具有很好的市場前景[1-2]。

在烯酰嗎啉的生產過程中，會副產一定量的混有二甲苯的叔丁醇蒸汽[3-4]。將其全部冷卻收集后再精餾分離，不僅浪費了大量的汽化潛熱，而且由于溶劑未能及時回流，需要額外補加新鮮的的二甲苯，造成工藝復雜。將混合蒸汽直接進入精餾塔分離，塔底的二甲苯全部返回至烯酰嗎啉合成釜中，塔頂采出純凈的叔丁醇，簡化了設備又節約了能耗[5-7]。

筆者以叔丁醇含量為70%的混合蒸汽為起始物料，分析了理論塔板數、進料口位置、回流比對分離效果的影響，優選了工藝條件，為工藝設計提供了參考。

1 模擬部分

1.1 熱力學模型的選擇

分別以NRTL、UNIQUAC兩種熱力學模型模擬了叔丁醇-二甲苯的二元物系的氣液平衡數據，并與實際測量值進行了比對，結果如表1所示(以叔丁醇計)。

表1 叔丁醇含量的模擬值和測量值對比

兩個熱力學模型與實際測量值的偏差都不大，都可以用作精餾過程模擬，相比之下，NRTL模型的數據偏差更小，因此選擇NRTL模型進行精餾工藝模擬。

1.2 理論塔板數的影響

通過采用圖解法計算，得到99.5%以上的叔丁醇鈉和二甲苯，所需的最小回流比為0.5，最小理論板數為精餾段4塊，提餾段3塊，在此基礎上，先確定回流比為1，模擬了精餾段和提餾段理論板數對分離效果的影響，結果如表2 所示。

表2 理論板數的影響

回流比為1的情況下，當理論板數低于11塊時，塔頂和塔底不能同時采出含量超過99.5%的產品，提高回流比雖然能提高含量，但能耗增加，不適合工業生產。因此理論板數為11塊及以上，進料位置為第7～8塊。

1.3 回流比的影響

回流比的大小決定了精餾過程的能耗，當理論板數能滿足精餾需求，保證物料含量的情況下，適當降低回流比，能降低精餾過程的能耗，模擬了理論塔板數為11～13塊，進料口位于第8塊塔板時，回流比對分離效果的影響。如表3所示。

表3 回流比的影響

當回流比為0.7時，即使理論板數增至15塊，仍不能得到99.5%以上的餾分，繼續增加理論板數，會導致設備費用的增加，且效果不明顯。所以最適宜的回流比為0.8，理論塔板數為13塊，進料口在第8塊，此時叔丁醇含量為99.8%，二甲苯含量99.5%。

1.4 分布情況

在優選的工藝條件下，模擬了13塊塔板各處的溫度和液相組成分布情況，結果如表4所示。

表4 各級塔板處的溫度和組成

通過模擬各級塔板處的溫度、組成的數據，對工業生產過程提供了參考數據。工業上副產的混合蒸汽并不是穩態的氣流，根據氣流的變化，具體操作步驟應適當調整。

1.5 能耗比較

在選定的工藝條件下，模擬了進料量為100 kg/h時的能耗情況，混合氣體進料時再沸器的熱負荷僅為3.6 kW，原料的進料狀態為30 ℃混合液體時顯示再沸器的熱負荷為23.75 kW。混合氣體直接精餾，節約了大量汽化潛熱和一部分顯熱，能耗降低了84.8%。

2 結 論

(1)叔丁醇-二甲苯二院物系的氣液平衡適合NRTL熱力學模型。

(2)直接精餾混合氣體，能夠得到含量高于99.5%的叔丁醇和二甲苯產品。優化的工藝條件為理論塔板數為13塊，進料口位于第8塊塔板氣相部分，回流比為0.8，在此工藝條件下，塔頂溫度為82 ℃，塔頂叔丁醇含量為99.8%，塔底溫度為137 ℃，二甲苯含量為99.5%。

(3)混合氣體直接精餾工藝比冷卻收集后再精餾的傳統工藝能耗降低了84.8%。