電解制己二腈分離流程的優(yōu)化

二次腈（adn）是一個無色、透明的油液體，有輕微的苦味，易于運輸，具有毒性和耐腐蝕性。它與甲醇、乙醇和氯仿交織在一起，水、環(huán)己烷、乙醇、二硫化碳和氯仿碳很難溶合。己二腈加氫還原生成己二胺,己二胺與己二酸發(fā)生中和反應生成尼龍66鹽,這是己二腈迄今為止最重要的工業(yè)用途。己二腈也可用于火箭燃料、電鍍工業(yè)、洗滌添加劑和殺蟲劑等發(fā)面。目前我國己二腈主要依賴進口,隨著近年來我國尼龍66產業(yè)的快速發(fā)展,己二腈的需求量逐漸增大。大力發(fā)展己二腈工業(yè),探討己二腈的生產回收工藝對指導我國己二腈工藝開發(fā)有著重要意義。丙烯腈(AN)電解二聚法制己二腈的生產工藝是20世紀60年代由美國孟山都公司開發(fā)的,逐步從隔膜式電解法發(fā)展到無隔膜式電解法。與化學法相比,其優(yōu)點有:通過電極電位控制反應歷程;一般不產生有害的廢氣物料,有利于消除污染;常溫常壓下合成,反應條件溫和,對設備材質要求不高且可提高目標反應的選擇性等。在這些優(yōu)勢的基礎上再輔以適合的工藝,必然可以減少成本來大力發(fā)展電解法進行己二腈的生產。奚俊等對電解液中丙烯腈的回收進行了分離模擬。到目前為止國內文獻沒有詳細介紹丙烯腈電解液中關于己二腈的分離提純工藝。本文采用PROⅡ模擬軟件對己二腈生產分離流程進行了模擬優(yōu)化,確定了回收流程的工藝參數(shù),這對實現(xiàn)電解二聚法生產己二腈的分離工藝有著非常重要的理論和現(xiàn)實意義。1戊二腈同系物分離塔模擬流程如圖1所示。進入高聚物分離塔的是己二腈、甲基戊二腈和高聚物的混合液,經過塔分離后,塔頂?shù)玫郊憾婧图谆於?塔釜為高聚物。己二腈和甲基戊二腈在同系物分離塔中繼續(xù)分離,得到符合純度要求的己二腈。塔1中輕組分和重組分之間沸點差較大,容易實現(xiàn)分離。塔2中己二腈和甲基戊二腈沸點差較近難以分離。所以,本研究主要對同系物分離塔進行了模擬。設計要求同系物分離塔塔頂?shù)玫降募谆於尜|量分數(shù)大于96%,塔釜得到的己二腈質量分數(shù)大于99%。2nrtl方程模型的建立系統(tǒng)的相平衡關系是分離過程模擬計算的基礎,所以,應根據(jù)體系的熱力學平衡數(shù)據(jù)建立可靠的熱力學模型。考慮該模擬系統(tǒng)中所涉及組分己二腈和甲基戊二腈的性質,為了準確地進行關聯(lián)計算,可選用NRTL方程建立該體系的活度系數(shù)模型。NRTL方程是以威爾遜提出的局部組成概念為基礎的活度系數(shù)方程,該模型能準確模擬非理想溶液的汽液平衡和液液平衡性質。實踐證明用NRTL方程計算的結果與文獻實驗數(shù)據(jù)符合很好。其余物性的計算均采用PROⅡ軟件中的常規(guī)方程。3分離效果的操作參數(shù)為了更好地實現(xiàn)己二腈和甲基戊二腈的分離,須對分離塔的工藝參數(shù)進行優(yōu)化,得到適宜的操作條件。影響分離效果的主要操作參數(shù)有塔板數(shù)、回流比、冷凝溫度和壓力等。在進料量為101.5kg/h,壓力為2.67kPa,進料溫度為40℃,組成(質量分數(shù))為己二腈98.45%、甲基戊二腈1.48%和水0.06%的情況下,通過模擬計算,對影響同系物分離塔的因素進行分析,得到了最佳工藝參數(shù)。3.1甲基戊二腈質量分數(shù)的影響因素塔板數(shù)與塔頂甲基戊二腈和塔釜ADN的質量分數(shù)的關系見圖2。由圖2可以看出,塔釜ADN的質量分數(shù)受塔板數(shù)的影響非常小,而且可以滿足要求(達到了99.5%),回流比、冷凝溫度和壓力對其影響也比較小,所以在下面的圖中不再表示,主要考慮各因素對塔頂甲基戊二腈的影響。從圖2還可以看出,塔板數(shù)是影響塔頂甲基戊二腈質量分數(shù)的一個重要因素。當塔板數(shù)少于20塊時,甲基戊二腈質量分數(shù)增長幅度較大。當塔板數(shù)大于20塊時,其質量分數(shù)達到了96%以上。但隨著塔板數(shù)的增加,設備成本也將相應增加,所以綜合考慮確定塔板數(shù)為20。3.2回流比對甲基戊二腈質量分數(shù)的影響回流比對塔頂甲基戊二腈質量分數(shù)的影響如圖3所示。從圖3可以看出,回流比R<0.3時,塔頂甲基戊二腈質量分數(shù)隨著回流比增大而增加;R>0.3時,塔頂餾出液中甲基戊二腈質量分數(shù)受回流比影響較小。同時隨著回流比的增大,塔頂和塔釜的熱負荷都會增加。綜合考慮,為達到較好的技術經濟指標,適宜的回流比為0.3。3.3冷凝器溫度的影響冷凝溫度對分離效果的影響如圖4所示。從圖4可以看出,隨著冷凝溫度的升高,塔頂甲基戊二腈的質量分數(shù)先增高后降低,當冷凝溫度為60℃時,塔頂質量分數(shù)達到96%以上。而且冷凝溫度過高會增加塔頂組分的揮發(fā),冷凝溫度過低會增加冷卻水的成本。綜合考慮,選擇冷凝溫度為60℃。3.4壓力對甲基戊二腈質量分數(shù)的影響壓力對分離效果的影響如圖5所示。從圖5可以看出,隨著壓力的升高,塔頂甲基戊二腈的質量分數(shù)先增加后減少,壓力過低會則會大大增加減壓的成本。綜合考慮,選擇壓力為2.67kPa。3.5操作工藝設計在丙烯腈電解制己二腈工藝的基礎上,通過工藝模擬定量分析了工藝參數(shù)對工藝過程的影響,并根據(jù)模擬結果確定比較合適的操作工藝參數(shù),在此基礎上,進行工藝設計。表1給出了模擬計算結果與實驗結果的對比。由表1可以看出,模擬計算的結果與實驗結果基本相符,因此在此模擬基礎上改變相關參數(shù)后所得的結論具有一定的參考價值。4分離條件的確定通過用PROⅡ軟件對己二腈和甲基戊二腈分離過程進行模擬與參數(shù)優(yōu)化,考察了塔板數(shù)、回流比、冷凝溫度和壓力對分離效果的影響,