异丙醚-异丙醇-水三元共沸物的Aspen Plus分离模拟.pdf

w. KUIETUTL,com
石油与天然气化工
472
CHEMICAL ENGINEERING OF OIL GAS
2010
异丙醚一异丙醇一水三元共沸物的 Aspen Plus分离模拟
黄路叶青
(常州大学化学化工学院)
摘要以乙二醇为溶剂,使用 Aspen Plus化工模拟软件中的 Batchfrac模块,基于UNI
FAC模型,对异丙醚一异丙醇一水三元共沸物的间歌萃取精馏过程进行间歇萃取精馏模拟,研究
了不同操作参数(如溶剂比、回流比、溶剂进料位置、溶剂进料温度等)对整个精馏过程的影响,对各
エ艺参数进行了分析与优化。结果表明,对于处理量为100kmol的异丙醚一异丙醇一水溶液,精
馏塔具有16块塔板时,溶剂进料位置在第3块塔板,溶剂进料温度为60℃,异丙醚收集阶段回流
比为5,溶剂比为1.72:1,异丙醇收集阶段回流比为5,溶剂比为0.63:1,塔预异丙醚质量分数可
达0.996,异丙醇质量分数可达0.978
关键词间歌萃取精馏异丙融异丙醇乙二醇模拟优化
DOJ:10.3969/j.isSn,1007-3426.2010.06.003
异丙醇的生产以丙烯和水为原料,采用酸性或通用性强,可用同一塔处理种类和组成不同的物系
阳离子交换树脂催化,经水合生成。合成过程中对于近沸物和共沸物的分离,与共沸精馏相比操作
的副产物异丙醚能与异丙醇、水相互.之间在常压下过程简单,有较好的经济性
形成二元和三元共沸体系2,其中三元共沸物的组
本文以乙二醇为溶剂,使用 Aspen Plus化工模
成为异丙醚:异丙醇:水=0.91:0.04:0.05(质拟软件中的 Batch Frac模块,基于 UNIFAC模型,
量分数),共沸温度61.8C,用常规精馏方法得不到对异丙醚一异丙醇一水体系的间歇萃取精馏过程进
高纯度产品。为了增加副产物异丙醚的附加值,人行模拟,优化了工艺参数,模拟和优化的结果为间歇
们对该体系的分离精制进行了大量的研究,采用恒萃取精馏在工业上的进一步应用提供了一定的指导
沸精馏和萃取的工艺较为成熟,但普遄存在工艺复作用。
杂、能耗高、间歇操作等问题,难以在工业生产中大
规模应用。也有采用萃取精馏分离该恒沸体系
1间歇萃取精流程工艺
的研究,但采用水作为萃取剂,产品中必然含有大1.1流程工艺分析
量的共沸水,因此难以得到高纯度的产品。
在模拟中,从塔底一次性加入异丙一异丙醇
间歇萃取精馏作为一个新兴的研究课题,它一水原料,经过塔金再沸器加热,形成上升蒸汽,同
同时具备问歌馏的灵活性、经济性和萃取精馏的时,在间歇精馏塔的上部加人溶剂乙二醇,乙二醇为
实用性。它是通过向精馏塔上部加入适当流量的连续进料。溶剂与原料充分作用,改变了异丙醚、异
溶剂以增大共沸物组分之间的相对挥发度,从而使丙醇和水的相对挥发度,使分离更易进行
难分离物系转化为易分离物系,让分离得以实现并
出料共分为六个阶段,即异丙出料阶段、过渡
降低成本的一种特殊间歇精馏技术。因此,在共沸段1、异丙醇出料阶段、过渡段2、水的收集阶段以及
物的分离方面具有明显的优越性:如通过选取不溶剂回收阶段。每次规定值下的出料都在收集器中
同的溶剂,可完成普通精馏无法完成的分离过程;设进行收集,然后一次性清空,再进行下一阶段产品的
备简单、投资较小;可单塔分离多组分混合物;设备收集。
第39卷第6期
异丙謎一异丙醇一水三元共沸物的 Aspen Plus分离模拟
473
1.2模拟基础数据
为3的条件下,改变间歇萃取精馏的回流比,考察回
表1模拟基础数据
流比对塔顶异丙醚产品质量分数及收率的影响。模
设定值
拟结果如图2所示。
原料进料组成异丙醚:异丙醇:水=0.72:0,16:0.12(质量分
1.000
1.000
原料进料状况常压、泡点、100kmol/h,进料h
乙二醇进料状况常压、60℃、100kmol/h
0.995
0.992
塔板数
16块
な0.90
塔顶压力常压
0.984回
异丙醚质量分数
0.980
异丙醚回收率
0.976
2模拟结果与讨论
0.975
0.968
原料进料组成为72%(o)的异丙醚,16%的异
回流比
丙醇,12%的水,原料中水的含量相对较少,因此仅
图2异丙醚收集阶段回流比对产品分离效果的影响
讨论操作条件改变对产品异丙醚和异丙醇的影响。
由图2可知,增大回流比至一定程度时,部分轻
1异丙谜收集阶段溶剂比的影响
在原料进料量为100kmol,溶剂进料速率为组分会随着溶剂回落到塔内,回流量过多会降低塔
100kmol/h,进料温度为60℃,塔板数为16,溶剂进板上萃取剂的浓度,使组分间的相对挥发度减小,不
利于产品质量的提高。而増大回流比,相应的会延
料板位置为3,回流比为10的条件下,改变间歇萃
取精馏的溶剂比,考察溶剂比对塔顶异丙醚产品质长出料时间。回流比过大,意味着操作能耗的增加,
量分数及收率的影响。模拟结果如图1所示。
在经济上不合理。综合考虑,取回流比为5比较合
适,此时塔顶异丙醚产品质量分数达0.996,收率为
1.000
000
0.990
0.992
0.984
0.995
2.3异丙醇收集阶段溶剂比的影响
在原料进料量为100kmol,溶剂进料温度为
10.99
0.968
60℃,塔板数为16,溶剂进料板位置为3,回流比为
に0.960
异两醚质量分数10.985咻
异丙醚回收率
0.952
5的条件下(固定异丙醚收集阶段回流比为5,溶剂
0.944
0.980
比为1.72),改变间歇萃取精馏的溶剂比,考察溶剂
0.51.01.52.02.53.0
溶剂比
比对塔顶异丙醇产品质量分数及收率的影响。模拟
图1异丙醚收集阶段溶剂比对产品分离效果的影响
结果如图3所示。
由图1可知,溶剂的加入改变了原料物系的相
0.992
0.775
对挥发度,理论上讲,溶剂用量越大,分离效果越明
0.984
显。但溶剂比过大,会增加塔底再沸器的热负荷,还
0.750
0.976
会使溶剂在再沸器中的累积量加大,导致再沸器的
容量也要相应的加大,为后续溶剂回收带来困难。
0.968
异两醇质量分数10.725味
冰0.960
亠异丙醇回收率
这些都造成了经济上的不合理,在分离要求等达到
的前提下,存在适宜的溶剂用量。总体考虑,取溶剂
0.952
0.700
比为1.72较为合适。
溶剂比
图3异丙醇收集阶段溶剂比对产品分离效果的影响
2.2异丙收集阶段回流比的影响
在原料进料量为100kmol,溶剂进料温度为
由图3可知,当溶剂比为0.63时,异丙醇的质
60℃,溶剂比为1.72,塔板数为16,溶剂进料板位置量分数达0.969,收率达0.714,较合适。