叔丁醇-二甲苯混合蒸汽的精餾過程模擬與優(yōu)化

要鑫偉，徐志偉，張 微，王海英，韓素娟，曹 梅，張 奇

(河北冠龍農(nóng)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(duì)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(xù)期長(zhǎng)、使用安全等特點(diǎn)，具有很好的市場(chǎng)前景[1-2]。

在烯酰嗎啉的生產(chǎn)過程中，會(huì)副產(chǎn)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(fèi)了大量的汽化潛熱，而且由于溶劑未能及時(shí)回流，需要額外補(bǔ)加新鮮的的二甲苯，造成工藝復(fù)雜。將混合蒸汽直接進(jìn)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(jiǎn)化了設(shè)備又節(jié)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(shù)、進(jìn)料口位置、回流比對(duì)分離效果的影響，優(yōu)選了工藝條件，為工藝設(shè)計(jì)提供了參考。

1 模擬部分

1.1 熱力學(xué)模型的選擇

分別以NRTL、UNIQUAC兩種熱力學(xué)模型模擬了叔丁醇-二甲苯的二元物系的氣液平衡數(shù)據(jù)，并與實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行了比對(duì)，結(jié)果如表1所示(以叔丁醇計(jì))。

表1 叔丁醇含量的模擬值和測(cè)量值對(duì)比

兩個(gè)熱力學(xué)模型與實(shí)際測(cè)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(shù)據(jù)偏差更小，因此選擇NRTL模型進(jìn)行精餾工藝模擬。

1.2 理論塔板數(shù)的影響

通過采用圖解法計(jì)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(shù)為精餾段4塊，提餾段3塊，在此基礎(chǔ)上，先確定回流比為1，模擬了精餾段和提餾段理論板數(shù)對(duì)分離效果的影響，結(jié)果如表2 所示。

表2 理論板數(shù)的影響

回流比為1的情況下，當(dāng)理論板數(shù)低于11塊時(shí)，塔頂和塔底不能同時(shí)采出含量超過99.5%的產(chǎn)品，提高回流比雖然能提高含量，但能耗增加，不適合工業(yè)生產(chǎn)。因此理論板數(shù)為11塊及以上，進(jìn)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(dāng)理論板數(shù)能滿足精餾需求，保證物料含量的情況下，適當(dāng)降低回流比，能降低精餾過程的能耗，模擬了理論塔板數(shù)為11～13塊，進(jìn)料口位于第8塊塔板時(shí)，回流比對(duì)分離效果的影響。如表3所示。

表3 回流比的影響

當(dāng)回流比為0.7時(shí)，即使理論板數(shù)增至15塊，仍不能得到99.5%以上的餾分，繼續(xù)增加理論板數(shù)，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備費(fèi)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(shù)為13塊，進(jìn)料口在第8塊，此時(shí)叔丁醇含量為99.8%，二甲苯含量99.5%。

1.4 分布情況

在優(yōu)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(jié)果如表4所示。

表4 各級(jí)塔板處的溫度和組成

通過模擬各級(jí)塔板處的溫度、組成的數(shù)據(jù)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程提供了參考數(shù)據(jù)。工業(yè)上副產(chǎn)的混合蒸汽并不是穩(wěn)態(tài)的氣流，根據(jù)氣流的變化，具體操作步驟應(yīng)適當(dāng)調(diào)整。

1.5 能耗比較

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

2 結(jié) 論

(1)叔丁醇-二甲苯二院物系的氣液平衡適合NRTL熱力學(xué)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(chǎn)品。優(yōu)化的工藝條件為理論塔板數(shù)為13塊，進(jìn)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(tǒng)工藝能耗降低了84.8%。