萃取精餾分離乙酸乙酯和異丙醇的工藝研究

萃取精餾分離乙酸乙酯和異丙醇的工藝研究

異丙醇是一種重要的有機溶劑和化工材料。廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、塑料、涂料、化妝、香味和日用化工等領(lǐng)域。乙酸乙酯和異丙醇常壓下會形成最低共沸物,共沸溫度75.9℃,共沸組成乙酸乙酯質(zhì)量分數(shù)75%運用AspenPlus模擬軟件,DMSO作萃取劑,對乙酸乙酯-異丙醇共沸體系進行分離模擬研究。系統(tǒng)討論不同操作參數(shù)對分離效果的影響,得出了最佳操作工藝參數(shù),為分離乙酸乙酯-異丙醇優(yōu)化操作及設(shè)計提供了理論指導。1萃取精溶法的建立1.1回收劑和萃取劑都把反滲透膜加入精餾塔中萃取精餾法分離乙酸乙酯-異丙醇共沸物過程包括萃取精餾塔和溶劑回收塔兩部分(見圖1)。萃取劑DMSO從萃取精餾塔上部位置進料,異丙醇和乙酸乙酯混合物從精餾塔中下部位置進料,塔頂?shù)玫捷^高濃度的乙酸乙酯產(chǎn)品(D1),塔釜為異丙醇和DMSO混合物(W1),進入溶劑回收塔進行普通精餾,塔頂出異丙醇產(chǎn)品(D2),萃取劑DMSO從塔底餾出經(jīng)處理后可加入到萃取精餾塔中進行循環(huán)利用(W2)。要求乙酸乙酯和異丙醇產(chǎn)品質(zhì)量分數(shù)均達到99.00%以上。1.2初始模擬條件萃取精餾塔和溶劑回收塔均選用的是基于平衡級的RADFRAC嚴格計算模型。乙酸乙酯-異丙醇-DMSO三者均為極性物質(zhì),可采用狀態(tài)方程與活度系數(shù)方程結(jié)合的方法給定初始模擬條件:乙酸乙酯和異丙醇混合物按共沸組成進料,乙酸乙酯質(zhì)量分數(shù)75%。萃取精餾塔理論板數(shù)45,原料進料流量1000kg/h,進料溫度25℃,第23塊理論板處進料,溶劑25℃進料,按質(zhì)量分數(shù)100%計算,第7塊理論板處進料,回流比2,溶劑比2.5,塔頂采出流量為750kg/h;溶劑回收塔理論板數(shù)20,第8塊理論板處進料,回流比1.2。常壓操作。2模擬結(jié)果與工藝優(yōu)化2.1能耗對比,說明能耗應(yīng)用AspenPlus靈敏度分析工具,其它模擬條件不變,改變萃取精餾塔理論板數(shù),研究理論板數(shù)對分離效果和能耗的影響,能耗指再沸器消耗的能量,下文中能耗均指再沸器消耗的能量。結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看到,萃取精餾塔理論板數(shù)對分離效果和能耗有重要的影響。隨著理論板數(shù)的增加,塔頂乙酸乙酯的含量逐漸升高,再沸器的能耗逐漸降低,當理論板數(shù)到達41時,乙酸乙酯含量和能耗均發(fā)生緩慢變化,理論板數(shù)大于43之后,再增加理論板數(shù),兩者基本不再變化。因此在后續(xù)的工藝參數(shù)模擬優(yōu)化中,選取萃取精餾塔理論塔板數(shù)43(第1級為冷凝器,第43級為再沸器)。2.2進料位置的影響固定其它模擬條件,改變萃取精餾塔混合物進料位置,分析進料位置對分離效果及能耗的影響。結(jié)果如圖3所示。由圖3可知,隨著混合物進料位置的下移,塔頂乙酸乙酯含量先升高后降低,能耗先降低后升高,當進料位置在第28塊板時,塔頂乙酸乙酯含量達到最大值。原料進料位置應(yīng)在乙酸乙酯濃度與某個塔板液相扣除溶劑之后濃度相同或最接近處,否則進料會破壞塔內(nèi)的平衡,使分離負荷變大,同時降低分離效果。在后續(xù)模擬中將萃取精餾塔原料進料位置定在第28塊塔板。2.3dmso進料位置的影響在其它模擬條件不變前提下,改變萃取精餾塔中萃取劑進料位置,考察萃取劑進料位置對分離效果及能耗的影響。結(jié)果如圖4所示。由圖4可知,隨著DMSO進料位置的下移,塔頂乙酸乙酯含量先升高后降低,能耗則是先降低后升高,當DMSO進料位置在第4塊理論板時,塔頂乙酸乙酯含量最高。這是因為為了保證塔內(nèi)維持較高萃取劑濃度,萃取劑的進料位置必須在萃取精餾塔的上部,但與塔頂之間要保持若干塊塔板來起到回收萃取劑的作用,防止萃取劑DMSO從塔頂跑出。后續(xù)的模擬分析中,固定萃取精餾塔DMSO進料位置為第4塊塔板。2.4回流比的確定當其它模擬條件不變時,使萃取精餾塔回流比在0.5~5變化,考察回流比對分離效果與能耗的影響。結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看到,隨著回流比的增加,塔頂乙酸乙酯含量快速上升后逐漸下降,能耗逐漸增大。綜合分離效果和能耗考慮,取回流比為2.3。對于萃取精餾來講,回流比不是越大分離效果才越好,在一定范圍內(nèi)增加回流比,可起到提高分離效果的作用,但如果進一步加大回流比,會使塔內(nèi)回流量增大,即乙酸乙酯回流量增大,相當于降低萃取精餾塔溶劑比,從而塔的分離能力降低,且回流比增大會使能耗增加,綜合產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益考慮,需選取合適的回流比。后續(xù)的模擬分析中,固定萃取精餾塔回流比為2.3。2.5溶劑比的影響固定其它模擬條件不變,當溶劑比(萃取劑和乙酸乙酯-異丙醇混合溶液質(zhì)量比)在0.5~5變化時,研究溶劑比對分離效果及能耗的影響。結(jié)果如圖6所示。由圖6可以看到,隨著溶劑比的增加,塔頂乙酸乙酯的含量快速上升后逐漸平穩(wěn),能耗逐漸增大。當溶劑比為4時隨著溶劑比增大塔頂乙酸乙酯含量變化很小,但能耗逐漸增大,因此優(yōu)化溶劑比結(jié)果為4。2.6進料位置和回流比同樣對溶劑回收塔進行優(yōu)化,優(yōu)化得到理論板數(shù)為14,進料位置8,回流比1。萃取精餾塔塔頂乙酸乙酯含量99.80%,溶劑回收塔塔頂異丙醇含量99.40%。3模擬操作條件應(yīng)用AspenPlus軟件模擬萃取精餾法分離乙酸乙酯-異丙醇的過程,DMSO可作為分離混合物的萃取劑。模擬研究得到最優(yōu)操作條件:萃取精餾塔理論塔板數(shù)43,乙酸乙酯和