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天然气化工?C1化学与化工
2016年第41卷
间甲酚和对甲酚的分离精制
武海涛,黄伟
太原理工大学煤科学与技术重点实验室,山西太原(030024)
摘要:利用 Aspen流程模拟软件,采用吸附-精馏相结合的方式对间甲酚和对甲酚的分离体系进行模拟计算。考察了吸附
塔的高径比、温度、吸附剂负载量及精馏塔的理论板数、进料位置、回流比等因素对分离效果的影响,获得了间/对甲酚吸附-精
馏过程的最佳工艺参数。最终得到的产品间甲酚质量分数为99.99%(回收率91.74%),对甲酚的质量分数为99.10%(回收率
97.58%),这些工艺参数能够为实际工业生产提供参考。
关键词: Aspen;间甲酚;对甲酚;分离;精制;吸附;精馏;模拟
中图分类号:TQ028.3;:TQ243.1
文献标识码:A
文章编号:1001-9219(2016)01-7806
甲酚作为重要的精细化工中间体,主要通过化
表1甲酚异构体的物理性质
工合成或从煤焦油和石油产品中制取叫。甲酚是邻、
Boiling Point/C Melting Point/C Dipole Moment/10"Cm
间、对三种同分异构体的混合物,其中邻甲酚 O-cresol1998
30.94
4.70
(o- cresol)主要用于合成树脂、除草剂、消毒剂、防腐
M-cresol
202.8
11.95
剂、增塑剂及香料等;间甲酚(m- cresol)可用于分析
P-creso
201.9
34.7
试剂及有机合成方面,是抗氧剂、维生素E、合成树
本文在课题组前期实验测得吸附参数的基础
脂、彩色胶片显影剂等的重要原料;对甲酚(p上,借助化工流程模拟软件 Aspen对间/对甲酚的吸
cresol)是生产抗氧剂、荧光增白剂、增塑剂、医用消附-精馏分离过程进行研究。内容主要包括:利用
毒剂、染料、香料、固化剂等产品的主要原材料。
Aspen Adsorption组件对吸附操作参数进行优化
目前,随着甲酚单体下游产品的不断发展,国考察塔内吸附剂对对甲酚吸附量的动态变化过程
内外对高纯甲酚单体需求量日益増大,但由于单体利用 Aspen Plus组件对吸附解吸后的产品进行精
酚不易合成且分离困难,生产装置规模较小,供需馏分离,通过灵敏度分析选取最佳分离条件,最终
矛盾突出。甲酚混合物中邻甲酚的分离较为简单,获得纯度较高的甲酚单体。
通过精馏即可,而间甲酚和对甲酚沸点接近(表1),
二者分离提纯困难。现有的间/对甲酚分离方法主
流程简介
要有尿素络合法?烃化法离解萃取法、结晶分
Aspentech公司开发的 Aspen大型化工流程模
离法以及吸附法等。其中吸附分离法工艺简单、拟软件包括很多组件,其中 Aspen Adsorption组件
分离效率高、处理量大且吸附剂易再生,是一种经是专门为模拟动态吸附过程开发的,能够用于模拟
济环保的方法。Lee等叫研究认为,以SiCL4改性的气体、液体混合组分的吸附分离以及离子交换过
HZSM-5分子筛为吸附剂,采用压缩丙烷作为载体程; Aspen Plus组件可用来模拟稳态精馏、换热
及解吸剂,得出间对甲酚的最佳分离条件为373K、反应、吸收等过程, Aspen Plus Dynamic组、?
3.45MPa以及丙烷流率2.0mL/min,此条件下间、对个动态建模工具,可以把 Aspen Plus中的稳态模拟
甲酚的纯度都可以达到98%以上。 Vijayakumar等转变成严格的动态模拟。 Aspen Adsorption中的动
以Zn-Al氧化物为吸附剂,探讨了不同Zn/Al条件态流程图可以通过 Aspen Plus Dynamic组件与
下间甲酚的吸附行为,并且以甲苯为溶剂时间对甲 Aspen Plus里的稳态模拟流程联合起来运行。
酚的分离系数最大。
间/对甲酚的分离工艺分为两次吸附-精馏过
程,每个分离单元都包括吸附分离和产品分离两部
收稿日期:2015-03-18;基金项目:中日国家国际科技合作专分,各有吸附阶段、解吸阶段和精馏阶段。工艺流程
项(2013DFC60060);通讯作者:黄伟,教授,博导,电话0351-
如图1所示。
6018073,电邮huangwei@tyut.edu.cn。
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第1期
武海涛等:间甲酚和对甲酚的分离精制
マ論?11写
图1间/对甲酚分离工艺流程图
首先原料液进入吸附塔Bedl进行吸附,吸附示
能力较弱的间甲酚首先从吸附塔中流出,而吸附能
力较强的对甲酚穿透时间较长,因此在对甲酚吸附
E。+がVa)+ら+P=0
0(3)
穿透之前回收间甲酚,可以达到分离间/对甲酚的目式中:E2为组分轴向扩散系数,m/s;c为组分的浓
的;随后解吸剂进入吸附塔,将吸附剂上的甲酚逆度, kmol/m3。
流解吸下来,可回收得到解吸剂和大部分的对甲酚
此外,模型假设中忽略了流体穿过吸附床层的
及少量间甲酚;解吸得到的产品进人精馏塔RAD1阻力降,并且忽略物料平衡时对流速的影响,即液
进行分离,塔顶馏出物为解吸剂,而塔底重组分为相通过床层的流速固定不变。
甲酚混合物,至此完成了一次吸附-精馏过程。
2.3动力学假设
为了进一步提高对甲酚的纯度,精馏塔RAD1
模拟中假设液相和固相的传质只存在对流传
的塔底产品进入吸附塔Beb2进行二次吸脱附,并质,忽略了扩散项,利用线性推动力来描述传质阻
在精馏塔RAD2中精馏分离解吸剂和对甲酚。经过力,且选用固相控制模型,即颗粒内的溶质扩散起
两次分离最终可得到满足市场需求的甲酚单体。
控制作用,怱略溶质在液相中的浓度梯度。线性推
吸附模型的建立
动力方程用MTC代表总传质系数,认为传质速率
等于吸附速率,即传质过程中不存在液相的积累的
2.1数值方法
情况,如式(4):
模拟过程的偏微分离散化方程采用 Upwind
o
Diferencing Schemel(UDS1),即一阶上风差分
=MTCLA-Q
法
式中:;为时间t时的吸附量,kmol/kg;o为如时的
Or
z
)吸附量, kmol/kg;MTC代表总质量传质系数,s
2.4吸附等温线模型
2.2质量、动量平衡方程
液固体系中,为了描述同一吸附体系中存在多
假设流体在吸附塔内呈活塞流,没有径向浓度种吸附质,当吸附质浓度不同时吸附质在吸附剂表
分布和返混。多组分液相总物料平衡包括对流传面的吸附情况,人们在 Langmuir I吸附等温方程的基
质、液相的积累以及液相向固相的传递三部分,吸础上,推导出了与温度相关联的 Extend- Langmuir29
附塔内的总物料衡算
方程:
M
0N=
P
Ot dz
IPIP exp
式中:p为液体总密度,kg/m2;t为吸附时间,s;s:为
床层孔隙率;;为液相折算流速,m/s;z为吸附床层
轴向距离,m;p,为吸附剂堆密度,kgm3;o为吸附组式中:PaPx、IP为组分i的三个平衡常数,P2、IP3
分的含量, kmol/kg。
是吸附