減壓精餾分離DEHCH和DOP模擬研究

趙治雨，仇汝臣

(青島科技大學(xué) 化工學(xué)院，山東 青島 266042)

減壓精餾分離DEHCH和DOP模擬研究

趙治雨，仇汝臣

(青島科技大學(xué) 化工學(xué)院，山東 青島 266042)

使用Aspen Batch Distillation模擬軟件對(duì)環(huán)己烷-1，2-二甲酸二異辛酯(DEHCH)和鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)分離的減壓間歇精餾實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬，并通過(guò)模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，確定使用WILS-RK物性方法是合適的。然后使用Aspen Plus對(duì)雙塔連續(xù)減壓精餾進(jìn)行模擬，得出當(dāng)?shù)谝凰乃鍞?shù)為65，進(jìn)料位置為第37塊板，回流比為19.51，第二塔的塔板數(shù)為29，進(jìn)料位置為第18塊板，回流比為0.7987時(shí)，產(chǎn)品的DOP含量小于20 mg/kg。這對(duì)DEHCH生產(chǎn)的工藝設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)作用。

減壓間歇精餾；環(huán)己烷-1，2-二甲酸二異辛酯；鄰苯二甲酸二辛酯；模擬

鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)是一種在工業(yè)上被廣泛使用的增塑劑，它在塑料、橡膠等中的使用量可高達(dá)40%[1]。近年來(lái)，由于各國(guó)對(duì)健康和環(huán)境安全的關(guān)注程度日益加大，關(guān)于DOP的毒性引起了全球的注意，醫(yī)藥及食品包裝、日用品、玩具等塑料制品對(duì)主增塑劑DOP等提出了更高的純度及衛(wèi)生要求。環(huán)己烷1，2-二甲酸二異辛酯(DEHCH)是一種新型的低毒環(huán)保增塑劑，它與DOP有著相似的增塑性能，可以作為一種替代鄰苯二甲酸酯類(lèi)的增塑劑[2-3]。

目前我國(guó)生產(chǎn)DEHCH多采用DOP加氫的方法生產(chǎn)，由于加氫反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的限制，加氫之后的產(chǎn)品仍然含有一定量的DOP[4]，需要對(duì)加氫后的產(chǎn)品進(jìn)行分離以得到高純度的DEHCH。DOP和DEHCH這兩種物質(zhì)在高溫時(shí)都會(huì)發(fā)生分解，因此采用減壓精餾的方法對(duì)其進(jìn)行分離研究。

本文根據(jù)減壓間歇精餾的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使用Aspen軟件進(jìn)行模擬研究，以求為DEHCH和DOP分離的工藝設(shè)計(jì)提供幫助。

1 減壓間歇精餾實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)采用玻璃真空精餾塔，塔高2 m，內(nèi)徑38 mm，內(nèi)裝Φ2 mm的θ環(huán)，理論板數(shù)為15，塔釜采用磁力電熱套加熱，并配有低溫恒溫槽、保溫伴熱帶及測(cè)溫測(cè)壓裝置等。實(shí)驗(yàn)為間歇精餾，總進(jìn)料1128 g一次性加入塔釜，在塔頂分段采出產(chǎn)品。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1。

表1 間歇精餾實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

表1(續(xù))

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著時(shí)間的推移，塔頂溫度穩(wěn)定在225℃左右，塔釜溫度穩(wěn)定在278℃左右。塔頂餾出物中DEHCH的含量逐漸升高，高于原料中的含量。

2 DEHCH和DOP分離的間歇精餾模擬

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，使用Aspen Batch Distillation軟件對(duì)減壓間歇精餾實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬。由于DEHCH不是數(shù)據(jù)庫(kù)中的組分，因此先采用Aspen的物性估算功能對(duì)DEHCH的物性進(jìn)行估算，估算時(shí)輸入DEHCH的沸點(diǎn)為365℃。DEHCH的主要物性估算結(jié)果如表2。

然后選用WILS-RK物性方法進(jìn)行模擬。減壓間歇精餾塔的初始參數(shù)設(shè)置如表3，塔頂冷凝器形式為全回流，初始進(jìn)料1128g，進(jìn)料質(zhì)量組成為：異辛醇1.0 %、苯酐0.5 %、硬脂酸丁酯1.0 %、DEHCH 96 %和DOP 1.5 %。由于實(shí)驗(yàn)時(shí)塔頂壓力隨時(shí)間發(fā)生變化，因此模擬時(shí)把精餾時(shí)間分成三段，每段時(shí)間內(nèi)采用不同的塔頂壓力，第一段時(shí)間內(nèi)冷凝器壓力為2kPa，第二段時(shí)間內(nèi)冷凝器壓力為3kPa，第三段時(shí)間內(nèi)冷凝器壓力為4kPa。模擬以全回流穩(wěn)定的時(shí)刻作為開(kāi)始時(shí)刻，調(diào)節(jié)塔釜的加熱功率，使塔頂餾出物料的流量與實(shí)驗(yàn)時(shí)基本相同，總精餾時(shí)間為10.98 h。運(yùn)行模擬，模擬運(yùn)行結(jié)束后，塔釜中剩余物料261g，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相同，然后將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果作圖進(jìn)行比較，如圖1、圖2、圖3所示。

表2 DEHCH的主要物性估算結(jié)果

表3 減壓間歇精餾塔的初始參數(shù)

圖1 塔頂餾出物中DEHCH含量對(duì)比

圖2 模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果塔頂溫度對(duì)比

圖3 模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果塔釜溫度對(duì)比

從圖中可以看出模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合很好。因此，選用WILS-RK物性方法用于DEHCH和DOP的分離模擬是合適的。

3 DEHCH和DOP分離的雙塔連續(xù)精餾模擬

使用Aspen Plus軟件對(duì)DEHCH和DOP的分離進(jìn)行模擬研究，采用雙塔連續(xù)流程[5]，第一塔用于對(duì)原料中輕組分的脫除，第二塔為DEHCH和DOP的分離塔，流程圖如圖4，物流4為DEHCH產(chǎn)品。模擬時(shí)選用WILS-RK物性方法，總進(jìn)料量為1 128 kg，進(jìn)料溫度為25℃，進(jìn)料壓力為100 kPa，進(jìn)料組成與間歇精餾模擬時(shí)一致。精餾塔模型使用Aspen Plus軟件自帶的RadFrac嚴(yán)格精餾塔模塊。塔參數(shù)設(shè)置如表4。

圖4 雙塔連續(xù)減壓精餾流程圖

模擬結(jié)果顯示，物流4中DEHCH的質(zhì)量含量為99.8 %，DOP的質(zhì)量含量為19mg/kg，含量達(dá)到小于20 mg/kg的要求。最終得到DEHCH產(chǎn)品1078.7 kg，DEHCH的收率為99.4%。脫除的輕組分可以經(jīng)過(guò)分離后再循環(huán)用于酯化反應(yīng)，脫除的重組分可以循環(huán)回DOP加氫工序作為原料繼續(xù)加氫。

表4 連續(xù)精餾塔參數(shù)

4 結(jié)論

通過(guò)模擬DEHCH和DOP的分離實(shí)驗(yàn)，確定了適合該物系的模擬計(jì)算物性方法為WILS-RK。并通過(guò)雙塔連續(xù)精餾模擬，得出當(dāng)?shù)谝凰乃鍞?shù)為65，進(jìn)料位置為第37塊板，回流比為19.51，第二塔的塔板數(shù)為29，進(jìn)料位置為第18塊板，回流比為0.7987時(shí)，DEHCH產(chǎn)品的DOP含量小于20 mg/kg，達(dá)到對(duì)產(chǎn)品中DOP含量的要求。這對(duì)DEHCH的工業(yè)設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)作用。

[1] 中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部.GB 9685-2003,食品容器、包裝材料用助劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

[2] 歐遠(yuǎn)輝,丁雪佳,張 龍,等.環(huán)保增塑劑環(huán)己烷-1,2-二甲酸二異辛酯的合成與應(yīng)用[J].中國(guó)塑料,2013,27(10):78-82.

[3] 歐遠(yuǎn)輝,丁雪佳,張 龍,等.環(huán)保增塑劑環(huán)己烷-1,2-二甲酸二異辛酯增塑PVC性能研究[J].塑料工業(yè),2013,41(10):78-81.

[4] 谷俊峰,崔洪友,錢(qián)紹松,等.DOP液相催化加氫制DEHCH及其動(dòng)力學(xué)研究[J].塑料工業(yè),2012,40(2):87-91.

[5] 唐善宏,伍昭化,劉乃鴻等.精細(xì)化工高真空連續(xù)精餾技術(shù)[J].現(xiàn)代化工,2008,28(1):71-74.

(本文文獻(xiàn)格式：趙治雨，仇汝臣.減壓精餾分離DEHCH和DOP模擬研究[J].山東化工，2016，45(02)：106-107，109.)

Simulation Study of Separating DEHCH and DOP with Vacuum Distillation

Zhao Zhiyu, Qiu Ruchen

(College of Chemical Engineering, Qingdao University of Science and Technology, Qingdao 266042, China)

It used Aspen Batch Distillation software to simulate the vacuum batch distillation experiment of DEHCH and DOP. And through the comparision of simulation results and experiment results, it determined the WILS-RK property method as the simulation method. Then it simulated the twin-column vacuum distillation system with Aspen Plus software. It concluded that when the stage numbers of the first tower is 65, feed stage is 37 and reflux ratio is 19.51, the stage numbers of the second column is 29, feed stage is 18 and reflux ratio is 0.7987, the DOP content of the product is less than 20 mg/kg. Which has a guiding role to the industrial design of DEHCH production.

vacuum batch distillation；di(2-ethylhexyl)-1,2-cyclohexane dicarboxylate；dioctyl phthalate；simulation

2015-12-02

趙治雨(1989—)，河南鶴壁人，碩士研究生，研究方向?yàn)榛瘜W(xué)工程；通信作者：仇汝臣(1963-—)，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)槭图庸ぁ?/p>

TQ414.1

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1008-021X(2016)02-0106-02