工業(yè)廢水中吡啶回收的課件

工業(yè)廢水中吡啶回收的

模擬及優(yōu)化

Simulation&optimizationofrecoveryofpyridineintheindustrialwastewater

報告人：徐科峰張焰峰指導教師：錢宇教授陸恩錫教授工業(yè)廢水中吡啶回收的

模擬及優(yōu)化

Simulation&內容提要1.項目的研究背景2.工藝改進3.過程優(yōu)化模擬4.模擬結果和分析內容提要1.項目的研究背景一、項目的研究背景

化學工業(yè)，尤其是以有機合成為核心技術的精細化工，在國民經濟的發(fā)展中有突出的貢獻，但同時也帶來了嚴重的環(huán)境污染問題，是僅次與核工業(yè)的污染大戶?；瘜W工業(yè)對環(huán)境有兩方面的原因：一方面是產生的三廢；另一方面是某些化工產品在使用過程中產生的二次污染。一、項目的研究背景化學工業(yè)，尤其是以有機合成為

據統(tǒng)計（2000年），在全國工業(yè)部門中，化學工業(yè)所產生的廢物排放量幾個行業(yè)前列。名稱所居位次占全國總排放量％廢液220-23廢氣35-7廢渣48-10有毒物質1-表1.全國化工行業(yè)廢物排放情況據統(tǒng)計（2000年），在全國工業(yè)部門中，化學工業(yè)所

如此多的三廢排放量，勢必對治理工作造成極大的負荷，再加上有些企業(yè)只顧眼前利益，或者治理不達達標，或者未加治理，這不僅不利于環(huán)境，也成為制約生產力發(fā)展的一大障礙。因此我們應該盡量推行清潔生產和綠色技術來解決這個問題，對舊工藝進行改造或引入新技術來盡可能的變廢為寶，以環(huán)保養(yǎng)環(huán)保。如此多的三廢排放量，勢必對治理工作造成極大的負荷改造項目簡介

本項目原是某制藥廠生產醫(yī)藥中間體所排放出來的廢水，其中含有一定量的未回收的用作反應溶劑的吡啶。吡啶常用作甾類合成和有機溶劑，其在工業(yè)生產中單耗較高，價格又較貴，且對環(huán)境又有一定的污染性，因此對工業(yè)生產中的吡啶回收有著實際的經濟效益和環(huán)保意義。一方面可以降低生產成本，一方面可以解決環(huán)保問題。

改造項目簡介本項目原是某制藥廠生產醫(yī)藥中間體所原回收工藝

將含吡啶的母液加過量的固堿。游離出吡啶，靜置分層。分出的含水吡啶層進行蒸餾，先篜出吡啶-水共沸物（套入下批再用堿處理），隨后收集水份小于<0.5%的吡啶，即為回收吡啶供生產上套用。此方法吡啶回收率低，大約69％左右，而且堿的耗用大。在這里為了方便，將吡啶回收工藝分成兩部分：預處理部分和分離部分。原回收工藝將含吡啶的母液加過量的固堿。游離出吡Fig1.原有吡啶回收工藝的預處理部分B1.蒸發(fā)釜B2.反應釜B3.離心機1.吡啶母液2.水蒸氣3.吡啶濃縮液4.吡啶與鹽固液混合體5.食鹽6.含水吡啶層Fig1.原有吡啶回收工藝的預處理部分

Fig2.原有吡啶回收工藝的分離部分B1.蒸餾塔1.含水吡啶層2.吡啶3.吡啶與水共沸物Fig2.原有吡啶回收工藝的分離部分二、工藝改進（1）生產中固堿用量過大，我們可采取食鹽代替大部分堿進行鹽析，以減少固堿的用量，而且食鹽的價格也比固堿要為便宜，且對人體影響也較小，在一定程度也是減少了污染源，且食鹽可以重復使用。（2）在原有工藝中的對含水吡啶層因為吡啶與水形成共沸物，因此水和吡啶若采用共沸蒸餾的方法實際上是很難分得開的，因此分離效率也就不好。若是往其中加入一種萃取劑，此種萃取劑與水極難溶，而與吡啶可互溶，且此種萃取劑工業(yè)上易得，性質較穩(wěn)定可以重復循環(huán)使用，而且較易與吡啶進行后道工序分離。二、工藝改進（1）生產中固堿用量過大，我們可采取食鹽萃取劑的選取

萃取劑的選取在此非常重要，我們將集中工業(yè)上常用的萃取劑在此進行分析比較，從中進行選取。沸點/oc是否與水互溶是否與吡啶互溶其他氯仿61～62否，難溶于水是可與水在產壓下形成共沸物，共沸點56.1苯80.1否，微溶于水是甲苯110.6否，極微溶于水是

從上面比較來看，氯仿的沸點較低，與水可形成共沸物，其共沸點較低，而且氯仿和水可自動分層。而且氯仿的價格也較甲苯要的許多，且比氯仿的毒性要較苯和甲苯要小。在此選取氯仿為萃取劑。萃取劑的選取

萃取劑的選取在此非常重要，我們改進后的工藝

在此，我們?yōu)榱朔奖阋彩菍⒄麄€工藝流程分成兩塊：預處理部分和分離部分。預處理部分的流程裝置基本上沒有作大的變動，原先的設備仍舊可以繼續(xù)使用，只是減少了堿的量，而改加工業(yè)級食鹽進行鹽析，然后進行離心分離或抽濾得到待分離的萃取液。得到的萃取液先送入蒸餾塔進行共沸脫水，得到的水和氯仿共沸物靜置分層就可以得到水和氯仿，其中氯仿回收再用，水排出；塔釜排出的氯仿和吡啶混和液送入精餾塔進行精餾分離，塔頂為氯仿，塔釜為吡啶，得到的氯仿回收再用。改進后的工藝在此，我們?yōu)榱朔奖阋彩菍⒄麄€工藝流Fig3.改進后的吡啶分離工藝流程圖B1.萃取塔B2.蒸餾塔B2-1.加熱器B3.去水器B4.精餾塔B5.混和器B6.泵1.氯仿2.吡啶和水3.7.水4.吡啶萃取液5.水和氯仿共沸物6.氯仿和吡啶8.9.11.氯仿10.吡啶Fig3.改進后的吡啶分離工藝流程圖三、過程優(yōu)化模擬

我們輸入基本的信息，因為預處理部分工序基本上沒大的變化，因此進入下一道分離工序的吡啶物流狀況我們不妨假設與原先一樣。輸入的基本數據：物流編號吡啶（kmol/s）水氯仿溫度/oc壓力KPa1氯仿01.549.5302002吡啶和水3090030200三、過程優(yōu)化模擬我們輸入基本的信息，因為預處理部萃取塔的模擬及優(yōu)化

萃取塔塔板數對實際萃取效率的影響，萃取塔半數板數越多則萃取效果越好，但是操作成本越高，在滿足環(huán)保的要求下，我們應該盡可能選取較恰當的板數。板數液湘中吡啶量kmol/s萃取率％排放水中吡啶濃度的估算mg/l20.16678436 99.444057866.9226730.0091080899.9696429.61199252.54872e-0599.9999151.2021860561.3422e-0699.9999960.0600505977.065e-081000.0003160983.7162e-091000.00016626萃取塔的模擬及優(yōu)化萃取塔塔板數對實際萃取效對蒸餾塔B2進料板的靈敏度分析StatusFeedstageAAkmol/sok29.13941859ok39.13941859ok49.1394186ok59.13941858ok69.13941849ok79.13941859ok89.13941858ok99.13941856ok109.13941842ok119.13941773ok129.13941444ok139.13939846ok149.13932108ok159.13894637ok169.13713285ok179.12832264ok189.08589225ok198.88896087ok208.14017112

對蒸餾塔B2我們進行靈敏度分析，我們可以發(fā)現第四塊板上的值最大，因此我們選取第四塊板為進料板；操作條件是回流比5。對蒸餾塔B2進料板的靈敏度分析StatusFeedstag對精餾塔B4進行靈敏度分析StatusFeedstageBBkmol/sok127.4768886ok231.9679202ok331.9725439ok431.9725748ok531.9712447ok631.9680844ok731.9626346ok831.9542309ok931.9417294ok1031.9234143ok1131.8966091ok1231.8573148ok1331.7993717ok1431.7132387ok1531.5838862ok1631.3865812ok1731.0800664ok1830.5910799ok1929.7839215ok2028.3869576

通過對精餾塔B4的進料板的靈敏度分析，同樣可以發(fā)現第四塊板為最佳進料位置，操作回流比為5。對精餾塔B4進行靈敏度分析StatusFeedstageB四、模擬結果與分析

將一些基本的數據輸入ASPENPLUS模擬軟件中進行模擬，得到的結果詳細見下表所示：四、模擬結果與分析將一些基本的數據輸入ASPENASPENPLUS模擬得到的各個支流的模擬值

物流12344-155-167891011水1.590.082.3605819.1394199.139429.139429.139421.535E-119.031580.107841.5353e-111.7783e-210.1078339氯仿49.50.00.092912849.4070949.407117.423717.423731.98340.0104117.413331.97260.0107949.385880吡啶0.030.01.3432E-629.9999929.99990.000820.0008229.99921.3475e-050.000810.8781729.1210.8789797總流量Kmol/s51.0120.082.45349588.5465088.546526.563926.563961.98259.0420117.521932.850729.13150.372694溫度K303.15303.15306.60176300.3264300.38341.93303.10385.98303.15303.15334.66389.532324.17162壓力N/sqm2.00E+53.00E+52.00E+52.00E+53.00E+52.00E+52.00E+52.10E+52.00E+52.00E+51.00E+51.05E+52.026E+5ASPENPLUS模擬得到的各個支流的模擬值物流123分離的效果吡啶的最終回收率是：29.1210/30＝0.9707>0.63氯仿的損失率是：1-49.38588/49.5＝0.0023<0.5回收氯仿的純度摩爾百分比：49.38588/50.37269＝0.98>0.95產品中吡啶的純度是摩爾百分比：29.1210/29.13180＝0.9996質量百分比：29.1210*79.10/2304.8＝0.9994其中水分的含量為：0其純度超過了分析純，符合工業(yè)級吡啶的產品的要求；分離的效果吡啶的最終回收率是：29.1210/30＝0.97環(huán)保排放要求根據國家環(huán)保要求：吡啶的工業(yè)廢水排放其含量不得超過1.0mg/l（參照苯酚）。排放出的兩股水：若將兩股水混和后，則其中，水為：82.36058+9.03158＝91.39222kmol/sec水的流量約為1676.9763L/sec吡啶：1.48182E-5kmol/sec1.172119g/sec氯仿：0.0929128+0.0104133＝0.1033261kmol/l

則其中吡啶的含量為：1.172119/1676.9763＝0.63356mg/l<1mg/l,達到吡啶的污水排放標準。再污水排放之前，將收集到的水再通過吸附塔進行進一步處理使得其中的氯仿和吡啶再進一步被處理。環(huán)保排放要求根據國家環(huán)保要求：結論ASPENPLUS軟件的模擬的結果表明