1、精細石油化工 2005年9月第5期 SPECIALITY PETROCHEMICALS 常壓精餾分離環(huán)氧丙烷一甲醇的工藝模擬 王惠媛許松林。 (天津大學(xué)精餾技術(shù)國家工程研究中心，天津300072) 摘要：利用計算機對環(huán)氧丙烷一甲醇混合物進行了常壓精餾過程模擬，體系的逸度系數(shù)和活度系數(shù)分別采用位力方程和NRTL熱力學(xué)模型。分析了理論塔板數(shù)、進料位置、回流比、塔頂采出量等操作參數(shù)對過程的影響， 并得出了最佳工藝參數(shù)為：采用45塊理論塔板，第37塊板進料，回流比為5，可以得到995(質(zhì)量分數(shù))的 環(huán)氧丙烷，同時塔釜得到982(質(zhì)量分數(shù))的甲醇。模擬結(jié)果對工業(yè)過程的設(shè)計和設(shè)備改造具有一定指導(dǎo) 意義。

2、關(guān)鍵詞：精餾環(huán)氧丙烷 甲醇模擬計算 中圖分類號：06332 TQ4206 文獻標識碼：A 環(huán)氧丙烷和甲醇是都工業(yè)中常用的化工原 可得： 料，二者常溫常壓下均為液體，環(huán)氧丙烷的沸點為339，甲醇沸點為6471|。工業(yè)生產(chǎn) h乒。一舞耋y函+南婁砉M了。c馳一n z 氧丙烷一甲醇混合物可采用精餾方法進行分離回(5) 收。筆者選擇位力方程和NRTL模型，使用 在實際應(yīng)用時，由于缺乏第二位力系數(shù)的實HYSYS軟件進行了環(huán)氧丙烷一甲醇精餾工藝的 驗數(shù)據(jù)，一般采取對應(yīng)狀態(tài)原理的方法解決。其模擬，初步確定了工藝參數(shù)。中Tsonopoulos31對生成氫鍵的分子，提出計算1 分離任務(wù)第二位力系數(shù)的數(shù)學(xué)式，如式

3、(6)： 欲分離的環(huán)氧丙烷一甲醇混合物 氧丙烷BRB妒+出P1+熹裊 (6) 的質(zhì)量分數(shù)為35，要求分離后的環(huán)氧丙烷質(zhì)量 22活度系數(shù)分數(shù)大于995，甲醇質(zhì)量分數(shù)大于98。 采用NRTL(nonrandom twoliquid)模型計2計算方法的熱力學(xué)模型 21 逸度系數(shù) 算活度系數(shù)。其中，NR指非隨機性，因為分子間 相互作用存在差異，混合不是完全隨機的，因而局由于該工藝在常壓下操作，故選擇位力方程， 該方程廣泛地用于計算常壓范圍內(nèi)氣相的逸度。 部組成與總體組成不同，TL指雙液體。二元溶 液組分活度系數(shù)關(guān)聯(lián)式33為： 一般使用略去第二位力系數(shù)以后各項的方程2， 如式(1)：tn y，刊膏焉務(wù)+

4、毒眷爵 m托一硝I瓦了麗十瓦了麗I(7) z一寄一，+最一矗 對于混合物，B與C可按式(2)、(3)表示： B一y；yjBd(2) l=1 Jl 1 2廣r12b2r2l LJtl 3計算結(jié)果與分析 c一yo。y。c馳(3)本工作的設(shè)計條件為原料液由工廠給 將以上數(shù)學(xué)式代人式(4)計算混合物組分逸度系定，常壓下15進料，原料的處理量為500 kg 數(shù)。 收稿日期：2005一0126；修改稿收到日期：2005一0612。 精餾和萃取精餾。 剛嚦一f-等一c篆)T州，d V剛n z作者簡介：王惠媛(1981一)，在讀碩士，主要研究方向為共沸 (4)*通訊聯(lián)系人。 46精細石油化工 h，對于該分離單

5、元，影響分離效果的主要操作參由圖2看出，當進料塔板在34以下時能夠達數(shù)有回流比、塔板數(shù)、進料位置、塔頂采出量等。到分離要求。 在可靠熱力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，通過流程模擬對其33回流比的靈敏度分析 進行靈敏度分析，以確定最佳工藝參數(shù)?；亓鞅扰c塔頂塔釜產(chǎn)物質(zhì)量分數(shù)以及塔底熱31塔板數(shù)的確定負荷的關(guān)系見圖3。理論塔板數(shù)與塔頂環(huán)氧丙烷質(zhì)量分數(shù)及塔釜 甲醇質(zhì)量分數(shù)的關(guān)系見圖1。， 上 邑 棗斧 彝 bH 求x 零咖犍 蟋g 籟蕞 求蠼咖l蛭 嶇 回流比 圖3 回流比與產(chǎn)物質(zhì)量分數(shù)以及塔釜熱負荷的關(guān)系進料板35，其余同圖2。 理論塔板數(shù)由圖3可見，回流比增加，分離效果明顯提圖1 理論塔板數(shù)與產(chǎn)物質(zhì)量分數(shù)的關(guān)系

6、高。但當回流比增大至6后，塔頂塔釜產(chǎn)物質(zhì)量回流比5，操作壓力1013 kPa，塔頂采出量170 kgh。 分數(shù)增長趨于平緩。但回流量增大時，熱負荷將由圖1可以看出，環(huán)氧丙烷及甲醇的質(zhì)量分 直線上升，同時也加大了塔的處理量。經(jīng)優(yōu)化權(quán)數(shù)均隨塔板數(shù)的增加而增加，當理論板達到45 衡，可選擇回流比為5或6。時，兩個產(chǎn)物質(zhì)量分數(shù)都達到了要求。由于增加 34塔頂采出量的靈敏度分析 塔板數(shù)時，操作費用和設(shè)備費用也將隨之增加，所 在對回流比優(yōu)化的基礎(chǔ)上，對塔頂采出量進以建議理論板數(shù)為4050。 行靈敏度分析。塔頂采出量與塔頂塔釜產(chǎn)物質(zhì)量32進料位置的確定 分數(shù)的關(guān)系見圖4。對于已有的精餾裝置，在適宜進料位置進

7、料， 可獲得最佳分離效果。在實際操作中，如果進料位置不當，將會使餾出液和釜殘液不能同時達到 預(yù)期的組成。進料位置過高，使餾出液的組成偏漆 低(難揮發(fā)組分含量偏高)；反之，進料位置偏低，裁 求 使釜殘液中易揮發(fā)組分含量增高，從而降低餾出嘲 略 液中易揮發(fā)組分的收率H。進料位置與產(chǎn)物質(zhì)量分數(shù)的關(guān)系見圖2。 塔頂采出量，(I【gh。1) 圖4塔頂采出量與產(chǎn)物質(zhì)量分數(shù)的關(guān)系 捧進料板37，其余同圖2。 輜 求由圖4可以看出：塔頂采出量在165175 刪 喀kgh范圍內(nèi)，塔頂環(huán)氧丙烷的質(zhì)量分數(shù)基本不變，符合分離要求，只有當采出量達到176 kgh 時質(zhì)量分數(shù)才明顯下降；而塔釜甲醇的質(zhì)量分數(shù) 隨塔頂采出量

8、直線上升，采出量為170 kgh時達進料位置 圖2進料位置與產(chǎn)物質(zhì)量分數(shù)的關(guān)系到分離要求，采出量為176 kgh時塔釜甲醇質(zhì)量塔板數(shù)45，其余同圖1。分數(shù)甚至達到100。為此，可以選擇塔頂采出第5期王惠嬡等常壓精餾分離環(huán)氧丙烷一甲醇的工藝模擬47 量為170 kgh。工藝參數(shù)：理論塔板數(shù)45，進料塔板37，操作壓力 以上對影響該過程的主要操作參數(shù)進行了優(yōu)1013 kPa，回流比5。該結(jié)果對工業(yè)過程設(shè)計和 化分析，可以看出，每種影響因素都不是孤立的。 改造具有一定的指導(dǎo)意義。單個靈敏度分析的結(jié)果必須與全局的綜合分析結(jié) 符號說明： 合起來考慮，推薦的工藝操作條件為：理論塔板數(shù) B一第二位力系數(shù)；C

9、一第三位力系數(shù)；K一45，進料板37，操作壓力1013 kPa，回流比5。各 組分數(shù)；G一吉布斯自由能；兒一摩爾體積；Z一流股的狀態(tài)參數(shù)見表1。壓縮因子；口一極性參數(shù)；6一氫鍵參數(shù)；z一組分 的液相組成；y一組分的氣相組成；占i一混合物組 表l精餾工藝的狀態(tài)參數(shù) 分的逸度系數(shù)；廣i組分逸度；一偏心因子；y一組分活度系數(shù)；rNRTL方程參數(shù)；下標i，歹一混 合物中任一組分。 參 考 文 獻 1 程 能 林 溶 劑 手 冊M北京：化學(xué)工業(yè)，1994276，424 2朱4 結(jié) 論3許文高等化工熱力學(xué)M天津：天津大學(xué)，2004 163 應(yīng)用位力方程和NRTL模型分別計算了環(huán) 4賈紹義，柴誠敬化工傳質(zhì)與

10、分離過程M北京：化學(xué)工業(yè) 氧丙烷一甲醇體系的逸度系數(shù)和活度系數(shù)，用，2001171 HYSYS對其進行了精餾工藝模擬，提出了最佳 ATMoSPHERIC DISTILLATIoN PRoCESS SIMULATIoN FoR SEPARATIoN oF PRoPYLENE oXIDE AND METHANoL Wang H uiyuan and Xu Songlin (N口ionnZ E扎gi，lPPri，lg R已sB口，fCP72er jF0r DisiZZ口主。恕TPf1l咒oZogy， T施力i，2魄i鐘坩打y，丁砌力i咒300072，C訖i挖口) Abstract ： Atmosph

11、e“c distillation for separation of propylene oxide and methan01 was simulated by computer To provide data for the simulation，the fugacity coefficients and activity coefficients were calculated by Virial equation and NRTL equation respectively The influence of operation factors such as stage number，f

12、eed stage，reflux ratio and distillate rate were analyzed The optimal parameters of column were proposed ： the theoretical total plate number is 45 ， the raw material is fed at 37th plate， the reflux ratio is 5 A top product of propylene oxide with 9 95concentration and a bottom product of methanol w

13、ith 982concentration could be obtaine These results are useful for construction de sign and improvement Key words：distillation；propylene oxide；methanol；simulation；calculation 常壓精餾分離環(huán)氧丙烷-甲醇的工藝模擬 精細石油化工 作者：王惠媛， 許松林， Wang Huiyuan， Xu Songlin 作者單位：天津大學(xué)精餾技術(shù)國家工程研究中心,天津,300072 刊名： 英文刊名：SPECIALITY PETROCHEM

14、ICALS 年，卷(期)：2005(5) 被引用次數(shù)：5次 參考文獻(4條) 1.程能林 溶劑手冊 1994 2. 朱自強;徐訊 化工熱力學(xué) 1991 3. 許文 高等化工熱力學(xué) 2004 4. 賈紹義;柴誠敬 化工傳質(zhì)與分離過程 2001 本文讀者也讀過(10條) 1. 高曉新.王新兵.楊德明.Gao Xiaoxin.Wang Xinbing.Yang Deming 熱集成變壓精餾分離苯-異丙醇的工藝模擬 期刊論文-精細石油化工2011,28(3) 2. 郭新連.錢建兵.葉麗萍 大型常壓塔的工藝模擬計算與設(shè)計優(yōu)化會議論文-2010 3. 楊霞.孔令啟.畢榮山.李玉剛.韓方煜.Yang Xia

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16、儲方式的研究期刊論文-廣東化工2009,36(11) 7. 張俊宏.劉靖.王祥生.張永春.郭新聞 吸附分離法脫除環(huán)氧丙烷中微量水的研究期刊論文-應(yīng)用化工 2003,32(4) 8. 曹玲.馬風(fēng)云.毛先萍.黃雪莉 基于EXCEL分析減壓精餾對乙苯-苯乙烯相平衡的影響期刊論文-化工時刊 2005,19(1) 9. 光明.劉旭光.Guang Ming.Liu Xuguang 焦化苯塔精餾過程的計算機模擬期刊論文-煤化工2005,33(2) 10. 許世兵.余暉 精餾分離與節(jié)能期刊論文-精細化工中間體2001,31(6) 引證文獻(5條) 1. 蔡明生 環(huán)氧丙烷精餾工藝的探討期刊論文-化學(xué)工程與裝備 2012(07) 2. 陳科宇,付玉娥,吳雪,王亮亮,吳桂波,張昕照 環(huán)氧丙烷和甲醇分離