萃取精馏分离正己烷 丙酮共沸体系模拟研究.pdf
《萃取精馏分离正己烷 丙酮共沸体系模拟研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《萃取精馏分离正己烷 丙酮共沸体系模拟研究.pdf(9页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、工艺优化石油化工设计Petrochemical Design2023,40(4)42 49萃取精馏分离正己烷-丙酮共沸体系模拟研究白媛媛(中国石化工程建设有限公司,北京10 0 10 1)摘要:采用环己醇、乙二醇甲醚、二甲基亚矾(DMSO)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)4种常见溶剂作为萃取剂对正已烷-丙酮共沸体系的萃取精馏过程进行模拟研究,模拟软件选择Aspen PlusV11。采用灵敏度分析工具对连续萃取精馏过程的理论板数、进料位置、溶剂比、回流比等操作参数进行了优化。模拟结果表明:4种溶剂均可作为萃取剂分离正已烷和丙酮共沸物,乙二醇甲醚作为萃取剂时萃取精馏过程所需总能耗最低,且萃取剂回收塔塔
2、釜温度最低,所需热源品位最低。关键词:正己烷丙酮共沸物模拟doi:10.3969/j.issn.1005-8168.2023.04.010正已烷和丙酮都是常用的有机化工原料和有机溶剂,在化工生产过程中应用广泛。在某些生产工艺中需要正已烷丙酮二元混合物作为混合溶剂,为回收溶剂降低成本,需要将其分离再利用。正已烷和丙酮在常压下形成最低共沸物,共沸物组成中正已烷的质量分数占41%,共沸温度为49.8 1,不能采用普通精馏的方式将二者进行分离。在此情况下,可以采用吸附、共沸精馏、萃取精馏、反应精馏、加盐精馏、膜分离等方法对共沸物体系进行分离2 。其中萃取精馏是通过加入萃取剂来改变组分的相对挥发度,从而
3、将共沸物分离的方式3 。在萃取精馏中,萃取剂的选择十分关键,需要具有互溶性好、易于分离、能打破原共沸体系,且不与组分形成新的共沸物等特点4-6 1二元气液平衡相图选取环已醇、乙二醇甲醚、二甲基亚砜(DM-SO)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为萃取剂,研究在4种萃取剂存在的条件下,正已烷和丙酮的拟二元气液平衡关系,如图1所示。在NMP为萃取剂时,正已烷为易挥发组分,其余3 种溶剂作为萃取剂时,均是丙酮为易挥发组分。图1中横纵坐标为易挥发组分的摩尔组成,萃取剂与共沸物原料摩尔流量比为1。从图1可看出:4种萃取剂均可以打破正已烷-丙酮形成的共沸物体系,均可以作为萃取剂分离正已烷和丙酮。1.0一王环已
4、醇0.9乙二醇甲醚0.8+DMSO-NMP0.70.60.50.40.30.20.100.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0液相中易挥发组分的摩尔分数X图1萃取剂存在条件下丙酮正已烷体系的y-曲线本研究针对以上4种萃取剂,对正已烷丙酮共沸体系的双塔连续萃取精馏过程进行模拟计算,模拟软件选择Aspen Plus V11。2流程模拟及优化2.1二工艺流程正已烷丙酮共沸物双塔连续萃取精馏工艺收稿日期:2 0 2 3-0 3-0 9。作者简介:白媛媛,女,2 0 16 年毕业于天津大学化学工程专业,工学学士,工程师,主要从事石油化工设备的设计工作。电话:0 10
5、-8 48 7 6 9 17;Email:baiyuanyuan 2023年第4期(第40 卷)流程如图2 所示,所需设备主要包括萃取精馏塔、萃取剂回收塔、冷却器等。萃取精馏进料原料为接近共沸组成的正己烷丙酮混合物,原料自萃取精馏塔的中下部进人。在实际生产过程中,萃取剂循环使用,由于两塔塔顶采出产品带出部分萃取剂,造成萃取剂的损失,需补充新的萃取剂。易挥发组分自萃取精馏塔塔顶采出,难挥发组分自萃取剂回收塔塔顶采出,萃取剂自萃取剂回收塔塔底采出,作为循环萃取剂和补充萃取剂混合后进人萃取精馏塔。NMP为萃取剂时,正已烷为易挥发组分,自萃取精馏塔塔顶采出,丙酮自萃取剂回收塔塔顶采出。环已醇、乙二醇甲
6、醚、DMSO作为萃取剂时,丙酮为易挥发组分,自萃取精馏塔塔顶采出,正已烷自萃取剂回收塔顶采出。2.2萃取精馏塔模拟与优化采用AspenPlus V11对萃取精馏塔进行模拟计算,物性方法选择UNIQUAC,模块选择RadFrac。使用软件自带的灵敏度分析工具对萃取精馏塔的理论板数、共沸物进料位置、萃取剂进料位置、质项目已烷-丙酮进料组成(Massfrac)已烷一丙酮进料条件环已醇进料条件塔压理论板数回流比(质量)溶剂比(质量)已烷-丙酮进料位置溶剂进料位置塔顶采出量/(kgh-l)表2不同萃取剂条件下萃取精馏塔初始模拟计算结果w,%项目丙酮正已烧萃取剂塔顶96.87环已醇塔底塔顶99.04乙二醇
7、甲醚塔底塔顶97.67DMSO塔底塔顶NMP塔底2.2.2理论板数的优化精馏塔的理论板数是决定设备的制造成本和分离效果。理论板数越多,传质越充分,分离效果白媛媛.萃取精馏分离正己烷一丙酮共沸体系模拟研究比)进行参数优化。循环萃取剂精馏塔冷凝器补充萃取剂产品A萃取精馏塔共沸物进料A+B精馏塔再沸器图2 工正已烷一丙酮共沸体系双塔连续萃取精馏工艺流程H1:萃取剂回收塔进料冷却器;H2:循环萃取剂冷却器2.2.1初始模拟条件及计算结果初始模拟条件及计算结果如表1、表2 所示。表1不同萃取剂条件下萃取精馏塔初始模拟设定值设定值环已醇乙二醇甲醚己烷:41%,丙酮5 9%25,0.10 1 3 M P,1
8、0 0 k g/h25,0.10 13 M P a0.101 3 MPa30400.51.2321522675959越好,但同时会增加塔的投资费用及运行成本。理论板数不足则达不到预期的分离效果。因此选择合适的理论板数至关重要。在其他参数不变的3.130.000.5411.480.910.2316.792.330.257.321.6598.3422.520.26.43量回流比及溶剂比(萃取剂与共沸物原料的质量H2回收塔冷凝器产品B萃取剂回收塔H1回收塔再沸器DMSONMP25250.51521320555941情况下,分析理论板数对分离效果的影响,结果如87.980.0582.980.0092.
9、420.0077.22图3 所示。由图3 可以看出:理论板数的增加会使得塔顶的易挥发组分含量升高、塔底易挥发组分含量降低。理论板数升高到一定程度后,对于分离效果的影响逐渐降低,此时再通过增大理论板数提高分离效率不再经济。因此在4种萃取剂存在的条件下理论板数分别选择2 4、3 0、2 4、3 2。10-3440.9700.9650.9600.95516180.980.970.960.950.94141618202224 2628理论板数(c)DMSO图3理论板数对萃取精馏塔的影响2.2.3原料进料位置的优化原料的进料位置对于萃取精馏塔的分离效果及热负荷状况都有一定影响。在上文选定理论板数的条件下
10、,保持其他模拟条件不变,对已烷丙酮混合物的进料板位置进行优化,结果如图4所示。0.081.080.70.60.5468原料进料位置(a)环已醇塔顶丙酮质量分数塔底丙酮质量分数0.0201.000.950.900.850.800.7552.2.4萃取剂进料位置的优化萃取剂的进料位置对于分离效果亦有重要影响,在上文确定理论板数和已烷丙酮二元混合物进料位置后,对萃取剂的进料位置进行模拟优石油化工设计103塔顶丙酮质量分数塔底丙酮质量分数65202224理论板数(a)环已醇塔顶丙酮质量分数一塔底丙酮质量分数5432塔顶丙酮质量分数塔底丙酮质量分数0.060.040.0201214161820220.0
11、150.0100.00501015原料进料位置(c)DMSO图4原料进料位置对萃取精馏塔的影响化,结果如图5 所示。由图5 可以看出:随着萃取剂进料板位置下移,塔顶易挥发组分的含量先升高后降低,塔底易挥发组分的含量先降低后升高。根据对4种萃取2023年第4期(第40 卷)1012塔顶丙酮质量分数1.00塔底丙酮质量分数100.990.980.970.960.9526283010620642242628303234363840理论板数(b)乙二醇甲醚塔顶已烷质量分数一塔底已烷质量分数0.9872.60.9862.40.9850.9840.983242628303234363840理论板数(d)N
12、MP由图4可以看出:随着原料进料板位置下移,塔顶易挥发组分的含量先升高后降低,塔底易挥发组分的含量先降低后升高。当进料组成和进料板上除萃取剂之外的组成最接近时,分离效果最好。4种萃取剂存在的条件下,原料进料板位置分别选择 2 1,2 4,19,2 5。1.00.90.80.70.60.550.990.980.970.96142.0塔顶丙酮质量分数0.12塔底丙酮质量分数0.100.080.060.040.0201015原料进料位置(b)乙二醇甲醚塔顶已烷质量分数5一塔底已烷质量分数4321618原料进料位置(d)NMP202022242625103302023年第4期(第40 卷)剂的已烷丙酮
13、萃取精馏过程进行模拟分析,萃取剂的进料位置宜在塔顶上部。4种萃取剂存在x108塔顶丙酮质量分数1.00塔底丙酮质量分数60.990.980.970.961.000.990.980.972.2.5溶剂比的优化同一萃取剂下,萃取剂的用量对于改变已烷-丙酮混合物的相对挥发度有重要影响。在上0.15塔顶丙酮质量分数塔底丙酮质量分数1.000.100.950.900.850.801.000.980.960.940.92由图6 可以看出:随着溶剂比的增大,塔顶易挥发组分的含量逐渐升高,塔底易挥发组分的含量逐渐降低。萃取剂用量的提高有助于提高已烷丙酮的相对挥发度,从而提高萃取精馏塔的分离效率,但溶剂比高至一
14、定程度后对于分离效果的影响逐渐减小,且过高的溶剂比会导致操作白媛媛.萃取精馏分离正己烷一丙酮共沸体系模拟研究2024萃取剂进料位置(a)环己醇塔顶丙酮质量分数一塔底丙酮质量分数32024萃取剂进料位置(c)DMSO图5萃取剂进料位置对萃取精馏塔的影响文确定理论板数、已烷丙酮二元混合物及萃取剂进料位置后,对溶剂比(萃取剂与已烷丙酮混合物的质量比)进行模拟优化,结果如图6 所示。1.000.950.050.900.85012溶剂比(a)环已醇塔顶丙酮质量分数塔底丙酮质量分数0.0150.0100.005024溶剂比(c)DMSO45的条件下,萃取剂的进料板位置分别选择4,6,3,4。1.000.9
15、80.960.940.920.900.8868683468图6 溶剂比对萃取精馏塔的影响费用的上升,因此萃取剂的用量选择十分关键。4种萃取剂存在的条件下,溶剂比分别选择5,3,7.5,2.5。2.2.6回流比的优化回流比是保证精馏塔稳定操作的关键参数之一,对于精馏过程的操作费用及投资费用影响重103塔顶丙酮质量分数一塔底丙酮质量分数0.030.020.0101021.0000.9950.9900.9851050.020104萃取剂进料位置(b)乙二醇甲醚一塔顶已烷质量分数一塔底已烷质量分数24萃取剂进料位置(d)NMP塔顶丙酮质量分数0.10塔底丙酮质量分数0.080.060.040.02+0
16、12溶剂比(b)乙二醇甲醚塔顶已烷质量分数塔底已烷质量分数0.081.000.950.900.850.800.7566312溶剂比(d)NMP83108441230100.1250.100.060.040.020546大。在上文确定理论板数、已烷丙酮二元混合物和萃取剂进料位置及溶剂比后,对回流比(回流10一塔顶丙酮质量分数1.000一塔底丙酮质量分数2.00.9950.9900.9850.98001.0000.9950.9900.9850由图7 可以看出:随着回流比的增大,塔顶易挥发组分的含量先升高后降低,塔底易挥发组分的含量先降低后升高,因此回流比存在最优值。不同于常规精馏过程,萃取精馏的回
17、流比对于分离效果的影响并非是单调上升的,而是存在一个最高点,超过最高点后,回流比升高反而会使分离效果下降。这是由于回流比过大时,降低了萃取精馏塔中的溶剂比,使得分离效果降低。4 种萃取剂存在的条件下,回流比分别选择0.3,1.5,0.6,0.6。对上述参数进行优化后,萃取精馏塔的计算结果如表3 所示。表3 不同萃取剂条件下萃取精馏塔优化后计算结果w,%项目丙酮正已萃取剂环已醇塔顶99.68塔底0.04塔顶99.75乙二醇甲醚塔底塔顶99.51DMSO塔底塔顶NMP塔底2.3萃取剂回收塔模拟与优化萃取剂回收塔为普通精馏塔,通过Aspen Plus的RadFrac模块对其进行模拟计算,使用软件自带
18、石油化工设计量与采出量的质量比)进行模拟优化,结果如图7所示。1.0000.9951.50.9900.98500.9800.20.4回流比(a)环己醇塔顶丙酮质量分数一塔底丙酮质量分数0.840.60.40.200.20.4回流比(c)DMSO0.267.550.150.0412.000.400.056.360.1399.8419.080.022023年第4期(第40 卷)x10一塔顶丙酮质量分数一塔底丙酮质量分数20.60.8x101.00.60.8图7 回流比对萃取精馏塔的影响的灵敏度分析工具对萃取剂回收塔的理论板数、质量回流比及进料位置进行参数优化。2.3.1初始模拟条件及计算结果初始模
19、拟条件计算结果如表4、表5 所示。表4不同萃取剂条件下萃取剂回收塔初始模拟设定值项目环已醇乙二醇甲醚DMSO塔压/MPa0.1013理论板数20回流比(质量)0.3进料位置8塔顶采出量/41(kgh-)进料温度/表5不同萃取剂条件下萃取剂回收塔初始模拟计算结果w,%项目丙酮正已烧萃取剂0.06塔顶92.41环醇0.10乙二醇甲醚87.960.1093.590.0380.901(b)乙二醇甲醚1.000塔顶已烷质量分数0.999一塔底已烷质量分数0.80.9980.60.9970.9960.9950.9940.9930.4DMSONMP2.3.2理论板数的优化在其他参数不变的情况下,分析理论板数
20、对分离效果的影响,结果如图8 所示。2回流比0.81.2回流比(d)NMP202.5104170700.47塔底0.00塔顶0.36塔底0.00塔顶0.47塔底0.00塔顶98.61塔底0.3134101.00.40.201.6设定值200.310417097.070.2197.340.3398.230.080.110.005NMP70.1559702.4699.792.3099.671.3099.921.2899.692023年第4期(第40 卷)由图8 可看出:理论板数增加到一定程度后,对于分离效果的改善不再明显,此时再增加理论板数是不经济的,在4 种萃取剂存在的条件下理论板数分别选择17
21、,3 0,18 和10。0.015塔顶丙酮质量分数1.00塔底丙酮质量分数0.0100.950.900.850.80101.0988830.4100.990.970.950.930.910.11.000.990.960.950.940.1由图9 可以看出:随着回流比的增大,塔顶易挥发组分的含量逐渐升高,塔底易挥发组分的含量逐渐降低。萃取剂回收塔属于常规精馏塔,回流比越大,分离效果越好,但回流比增大到一定程度后,塔顶塔底组成基本上成为定值,随回流比改变幅度非常微小。在4种萃取剂存在的条件下回流比分别选择0.5,2.4,0.5 和0.15。白媛媛.萃取精馏分离正己烷一丙酮共沸体系模拟研究回流比的优
22、化在上文选定理论板数的条件下,保持其他模拟参数不变,对萃取剂回收塔的质量回流比进行模拟优化,结果如图9 所示。1.0000.9950.9900.0050.9850.9800.97500.9701214理论板数(a)环已醇塔顶丙酮质量分数0.03塔底丙酮质量分数0.020.0101214理论板数(c)DMSO0.20.3回流比(a)环己醇塔顶丙酮质量分数塔底丙酮质量分数200.20.3回流比(c)DMSO472.3.3104塔顶丙酮质量分数塔底丙酮质量分数3243216181618图:理论板数对萃取剂回收塔的影响10塔顶丙酮质量分数塔底丙酮质量分数30.40.50.40.5图9回流比对萃取剂回收
23、塔的影响2.3.4进料位置的优化在上文选定理论板数及回流比的条件下,对萃取剂回收塔进料位置进行模拟优化,结果如图10所示。由图10 可看出:在4种萃取剂存在的条件下进料位置分别选择第7、9.9、5 块理论板时分离效果最好,表明此时进料组成与相应塔板液组成最为接近。02020221.000.950.900.850.80201.000.950.00.850.800.60.710-30.60.72628 30理论板数(b)乙二醇甲醚塔顶已烷质量分数塔底已烷质量分数0.040.030.020.01571.01.5(b)乙二醇甲醚塔顶已烷质量分数塔底已烷质量分数2.01.0001.50.9951.00.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 萃取精馏分离正己烷 丙酮共沸体系模拟研究 萃取 精馏 分离 己烷 丙酮 体系 模拟 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。