以硝基苯為溶劑從水中萃取苯胺模擬研究及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

程延華，于鴻濤，方 鍵，劉文艷

(中國(guó)石油吉林石化公司 研究院，吉林 吉林 132021)

苯胺生產(chǎn)過(guò)程中，硝基苯加氫生成苯胺和水的混合物，經(jīng)分層后，水相含有飽和濃度的苯胺，傳統(tǒng)的方法是利用苯胺和水形成非均相共沸物的特點(diǎn)，通過(guò)共沸精餾工藝回收水中苯胺[1]。采用精餾工藝從水中回收苯胺，能耗較高，而且操作不穩(wěn)定，排放的廢水中經(jīng)常出現(xiàn)苯胺含量過(guò)高現(xiàn)象，同時(shí)降低了苯胺回收率。由于苯胺水溶液中的苯胺在硝基苯溶液中具有較大的分配系數(shù)(kA=18.89)[2]，因此，采用硝基苯為萃取劑，通過(guò)逆流萃取，從水中回收苯胺工藝技術(shù)，可替代傳統(tǒng)的精餾工藝。該工藝萃取相可直接加氫生產(chǎn)苯胺，萃取劑無(wú)需再生；萃余相可作為酸性硝基苯的洗水，減少了廢水的排放。

1 精餾和萃取回收苯胺工藝流程介紹

苯胺生產(chǎn)過(guò)程，采用精餾塔回收苯胺和采用硝基苯萃取工藝回收苯胺工藝流程對(duì)比見圖1。需要回收的苯胺源于兩股物流，一是硝基苯加氫之后分層器的水相，二是苯胺脫水塔塔頂分層器水相。采用精餾工藝，苯胺回收塔塔釜廢水由于溫度較高，不能返回至混酸硝化單元用作酸性硝基苯的洗水。采用硝基苯萃取工藝，萃余相溫度為常溫，可以返回至混酸硝化單元用作酸性硝基苯的洗水，減少了廢水排放和新鮮水用量；萃取相可返回至硝基苯加氫單元直接加氫；苯胺回收過(guò)程無(wú)需加熱，減少了蒸汽消耗。

圖1 精餾和萃取工藝從水中回收苯胺流程示意圖

2 以硝基苯為萃取劑模擬研究結(jié)果

采用aspenONE流程模擬軟件對(duì)以硝基苯為萃取劑從水中回收苯胺的工藝過(guò)程進(jìn)行了模擬研究，得出了萃取級(jí)數(shù)、不同m(硝基苯)∶m(含苯胺水)、不同萃取溫度對(duì)萃取效果的影響數(shù)據(jù)。模擬過(guò)程采用逆流萃取，萃取設(shè)備由混合器和分層器組成，模擬流程簡(jiǎn)圖見圖2(M1～M4為靜態(tài)混合器；D1～D4為分層器；1～14為物流編號(hào)。)。模擬所用硝基苯組成為：w(硝基苯)=99.9%；w(水)=0.1%。含苯胺水組成為：w(苯胺)=3.6%；w(水)=96.4%。

圖2 硝基苯萃取工藝從水中回收苯胺流程模擬簡(jiǎn)圖

2.1 不同m(硝基苯)∶m(含苯胺水)對(duì)萃取效果影響的模擬結(jié)果

萃取溫度為25 ℃時(shí)，不同m(硝基苯)∶m(含苯胺水)流程模擬結(jié)果見表1，不同萃取級(jí)數(shù)和m(硝基苯)∶m(含苯胺水)對(duì)萃余相w(苯胺)的影響見圖3。

表1 不同m(硝基苯)∶m(含苯胺水)流程模擬結(jié)果

續(xù)表

m(硝基苯)∶m(含苯胺水)圖3 不同萃取級(jí)數(shù)和m(硝基苯)∶m(含苯胺水)與萃余相中w(苯胺)關(guān)系

從表1和圖3可以看出，m(硝基苯)∶m(含苯胺水)越大，萃余相中w(苯胺)越少，達(dá)到相同的萃取效果，所需萃取級(jí)數(shù)越少。但m(硝基苯)∶m(含苯胺水)越大，操作費(fèi)用就越高，同時(shí)萃取相w(水)也會(huì)增加。從模擬結(jié)果看，選擇m(硝基苯)∶m(含苯胺水)=1.2～1.3，經(jīng)過(guò)三級(jí)或四級(jí)萃取可使萃余相中w(苯胺)降到0.003%以下，硝基苯的消耗量較少，萃取相與新鮮硝基苯混合后，對(duì)加氫影響較小。

2.2 不同溫度對(duì)萃取效果影響的模擬結(jié)果

m(硝基苯)∶m(含苯胺水)=1.25時(shí)，不同溫度條件下流程模擬結(jié)果見表2。

表2 不同溫度條件下流程模擬結(jié)果

續(xù)表

從表2可以看出，隨著溫度的升高，萃余相中w(硝基苯)和w(苯胺)呈增加趨勢(shì)，同時(shí)萃取相中w(水)增多。說(shuō)明萃取溫度越高，硝基苯損失越大、萃取效果越差，而且萃取相中w(水)的增加也可能對(duì)加氫造成一定影響。因此，本工藝宜選擇較低的萃取溫度。

2.3 模擬結(jié)果

根據(jù)模擬研究結(jié)果，確定采用硝基苯為溶劑從水中萃取苯胺的工藝條件為：萃取溫度30 ℃，萃取級(jí)數(shù)四級(jí)，m(硝基苯)∶m(含苯胺水)=1.25。在此條件下，圖2中各物流組成的模擬結(jié)果見表3。

表3 各物流組成模擬結(jié)果 w/%

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

為確保模擬結(jié)果的可靠性，根據(jù)模擬結(jié)果，在萃取溫度30 ℃、萃取級(jí)數(shù)為四級(jí)、m(硝基苯)∶m(含苯胺水)=1.25的條件下，進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果的對(duì)比見圖4。

萃取級(jí)數(shù)圖4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬計(jì)算結(jié)果的比較

從圖4可以看出，萃余相w(苯胺)和w(硝基苯)、萃取相w(水)實(shí)驗(yàn)值與模擬計(jì)算結(jié)果非常接近，說(shuō)明模擬計(jì)算結(jié)果可靠，證明了模擬過(guò)程中所選擇的熱力學(xué)方程和模擬模塊的正確性。

由于模擬計(jì)算為理想狀態(tài)，混合和分層效果均為最佳，而實(shí)驗(yàn)時(shí)，兩相物流不可能完全充分接觸，同時(shí)分層時(shí)間也不能無(wú)限延長(zhǎng)，兩相之間存在相互夾帶現(xiàn)象，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)各組分略高。

4 結(jié) 論

(1) 對(duì)比了采用精餾工藝和和以硝基苯為萃取劑的萃取工藝從水中回收苯胺的工藝過(guò)程，采用硝基苯萃取工藝回收苯胺，具有減少?gòu)U水排放和新鮮水用量、萃取相可返回至硝基苯加氫單元直接加氫、減少蒸汽消耗等優(yōu)點(diǎn)。

(2) 采用流程模擬技術(shù)，研究了m(硝基苯)∶m(含苯胺水)、萃取級(jí)數(shù)、萃取溫度對(duì)萃取效果的影響，確定了m(硝基苯)∶m(含苯胺水)=1.2～1.3、萃取級(jí)數(shù)為3～4級(jí)、萃取溫度30℃的工藝條件，并給出了該條件下的模擬計(jì)算結(jié)果。

(3) 通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模擬計(jì)算結(jié)果，證明了模擬過(guò)程中所選擇的熱力學(xué)方程和模擬模塊的正確性。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 徐海燕，王瑞.苯胺廢水處理方法的篩選及模擬[J].化工中間體，2012，2：40-43.

[2] 張受謙，化工手冊(cè)[M]．濟(jì)南：山東科技出版社，1984：1334．