萃取精餾工藝分離水—異丁醇共沸物的研究

段萌萌 左濤濤 史松 王鳳 夏曉梅 王克良

摘 要：本文應(yīng)用化工過(guò)程模擬軟件Aspen Plus對(duì)水-異丁醇共沸物系的萃取精餾過(guò)程進(jìn)行了模擬與優(yōu)化。通過(guò)相對(duì)揮發(fā)度數(shù)據(jù)分析，選擇1，4-丁二醇為萃取劑。運(yùn)用靈敏度分析工具確定了萃取精餾塔和萃取劑再生塔的最佳工藝參數(shù)，在此工藝條件下：水的摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)99.95%，異丁醇的摩爾分?jǐn)?shù)也達(dá)到99.85%。

關(guān)鍵詞：萃取精餾；Aspen Plus；水；異丁醇

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.12.056

1 引言

異丁醇是有機(jī)化學(xué)品中重要的基礎(chǔ)化學(xué)原料。它通常用作有機(jī)溶劑，廣泛用于涂料，油漆，醫(yī)藥，醫(yī)療，化妝品，橡膠等領(lǐng)域[1]。異丁醇和水是用于生產(chǎn)高級(jí)醇的羰基合成法的主要副產(chǎn)物。大氣壓力下的共沸溫度為89.7℃，共沸摩爾組成為67.05（水）[2-3]。本文中使用的方法是萃取精餾。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以使用連續(xù)低能量萃取蒸餾來(lái)回收萃取[4]。但萃取精餾存在溶劑用量大高回收成本的不足。選擇優(yōu)質(zhì)的萃取劑來(lái)優(yōu)化萃取精餾是萃取精餾的一個(gè)重要研究課題[5-7]。

本文以異丁醇和水體系為研究對(duì)象，利用 Aspen Plus 軟件對(duì)相對(duì)揮發(fā)度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，篩選出最佳的萃取劑，接著對(duì)萃取精餾全流程進(jìn)行模擬與優(yōu)化，得出此工藝的最優(yōu)工藝參數(shù)和最佳的分離結(jié)果。

2 萃取劑的選擇

為了得到最佳的萃取劑，本文利用化工過(guò)程模擬軟件Aspen Plus中的Analysis模塊進(jìn)行分析，分別用1，4-丁二醇、乙酸乙酯、環(huán)己醇3種常見萃取劑對(duì)水-異丁醇體系全濃度范圍內(nèi)（摩爾分?jǐn)?shù)）相對(duì)揮發(fā)度和選擇性的影響進(jìn)行考察，物性方法選NRTL模型，結(jié)果如表1所示。

相對(duì)揮發(fā)度與1的偏離越大說(shuō)明被分離體系越易分離，從表1可以看出，3種萃取劑的加入使水的全濃度區(qū)間相對(duì)揮發(fā)度的數(shù)值均大于1，說(shuō)明3種萃取劑的加入均消除了水-異丁醇體系的共沸點(diǎn)，結(jié)合aspen plus模擬的結(jié)果，本文選擇1，4-丁二醇為萃取劑。

3 工藝流程

水-異丁醇體系萃取精餾工藝流程如圖1所示。原料為水和異丁醇的混合液，該工藝獲得高純度的水和異丁醇產(chǎn)品，萃取劑1，4-丁二醇循環(huán)利用。

4 萃取精餾塔的最佳工藝條件

本文運(yùn)用靈敏度分析工具對(duì)萃取精餾塔進(jìn)行了考察，確定了最佳工藝參數(shù)，詳見表2：

5 萃取劑再生塔的最佳工藝條件

本文運(yùn)用靈敏度分析工具對(duì)萃取劑再生塔進(jìn)行了考察，確定了最佳工藝參數(shù)，詳見表3：

6 全流程的模擬結(jié)果

在表2和表3的工藝與操作條件下，全流程的模擬結(jié)果如表4所示：

7 結(jié)論

（1）運(yùn)用化工模擬軟件Aspen Plus中的Analysis功能，對(duì)不同萃取劑進(jìn)行相對(duì)揮發(fā)度數(shù)據(jù)分析，選擇1，4-丁二醇為萃取劑。

（2）運(yùn)用靈敏度分析工具得到最佳的工藝和操作條件，在此條件下，水的分離效果達(dá)99.95%，異丁醇的摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)到99.85%，萃取劑1，4-丁二醇的補(bǔ)充量為0.047kmol/h。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：段萌萌（1989-），女，工學(xué)學(xué)士，河北滄州人，主要從事石油化工的工程設(shè)計(jì)與研究。