萃取精餾分離甲醇-乙腈混合物的工藝模擬

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(1.中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司華北分公司，河北 任丘 062552；2.六盤水師范學(xué)院 化學(xué)與材料工程學(xué)院，貴州 六盤水 553004)

1 引言

甲醇、乙腈是重要的有機(jī)化工原料，廣泛應(yīng)用在化工、醫(yī)藥等行業(yè)，兩者在常壓下會(huì)形成共沸物，共沸組成為(甲醇：81%，乙腈：19%)[1-3]，因此本文采用萃取精餾分離這組共沸物[4]，于洋[1]報(bào)道了萃取精餾分離甲醇、乙腈共沸物的方法；李靜等人[5-8]報(bào)道了離子液體作為溶劑萃取精餾分離共沸體系的方法。本文通過(guò)Radfrac模塊比較了不同萃取劑在相同條件下的分離效果，篩選出最佳萃取劑，運(yùn)用靈敏度分析優(yōu)化了各操作參數(shù)對(duì)分離效果的影響，得到最優(yōu)工藝參數(shù)。

2 不同萃取劑分離效果比選

本文考察了4種萃取劑(苯胺、二甘醇、糠醛、環(huán)己醇)對(duì)甲醇-乙腈共沸物的分離效果，模擬結(jié)果見表1。

模擬參數(shù)：進(jìn)料組成為甲醇與乙腈的物質(zhì)的量比(76.5∶23.5)；萃取劑進(jìn)料為50℃，110kmol/h，常壓；原料進(jìn)料為50℃，100kmol/h，常壓；塔板數(shù)為28塊，回流比是1.1，常壓精餾塔，萃取劑進(jìn)料為第3塊塔板，原料進(jìn)料為第18塊塔板。

表1 分離結(jié)果匯總表

由模擬結(jié)果可知4種萃取劑的分離效果順序?yàn)椋罕桨?環(huán)己醇>糠醛>二甘醇。因此，4種萃取劑相比較苯胺為最佳萃取劑。

3 工藝流程優(yōu)化

3.1 工藝流程

甲醇-乙腈萃取精餾工藝流程如圖1所示。

圖1 甲醇-乙腈體系萃取精餾工藝流程

3.2 全塔理論板數(shù)的分析

表2列舉全塔理論板數(shù)對(duì)分離效果的影響，其中XD表示塔頂甲醇的質(zhì)量純度(%)，XW表示塔底甲醇的質(zhì)量純度(%)。

表2 全塔理論板數(shù)的影響

甲醇的純度隨塔板數(shù)的增加而提高，當(dāng)塔板數(shù)大于30塊時(shí)，達(dá)到了99.94%，全塔理論板數(shù)選30塊較為合理。

3.3 溶劑比的分析

表3列舉溶劑比對(duì)分離效果的影響。

表3 溶劑比的影響

當(dāng)溶劑比為1.5時(shí)，甲醇的純度就已經(jīng)達(dá)到99.95%，增加溶劑比會(huì)造成投資的明顯增加，故溶劑比選為1.5。

3.4 回流比的分析

表4列舉回流比對(duì)分離效果的影響。

表4 回流比的影響

回流比的影響呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，回流比在0.8時(shí)，甲醇的純度最高，保持在99.938%，回流比選0.8。

3.5 原料及萃取劑進(jìn)料位置的分析

表5列舉原料進(jìn)料位置對(duì)分離效果的影響。

表5 料進(jìn)料位置的影響

在第22塊塔板進(jìn)料時(shí)，甲醇的分離效果到達(dá)了99.94%，故原料的進(jìn)料位置選第22塊。

用同樣的分析方法，萃取劑進(jìn)料位置選第4塊塔板。

3.6 萃取劑再生塔的模擬條件與結(jié)果

本文對(duì)萃取劑再生塔的工藝參數(shù)和操作參數(shù)進(jìn)行了分析，最佳參數(shù)為：全塔理論板數(shù)為21塊，原料進(jìn)料位置為第7塊塔板，回流比為1，常壓精餾塔。

3.7 全流程的模擬結(jié)果

全流程的模擬結(jié)果見表6。

表6 全流程的模擬結(jié)果

4 結(jié)論

(1)利用Aspen plus的Radfrac模塊比較了不同萃取劑在相同條件下的分離效果，篩選出合適的萃取劑為苯胺。

(2)采用雙塔萃取精餾工藝分離甲醇-乙腈共沸物，得到甲醇的分離效果達(dá)99.9%，乙腈的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到99.8%，萃取劑的補(bǔ)充量為0.267 kg//h。