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化工应用篇|从工业废水中提纯二氯甲烷的方案设计

2022-01-04 00:18上一篇:欧洲及中东石化工业水污水处理需求加大 |下一篇:没有了

本文摘要:一、问题形貌某化工厂工业废液的主要身分为二氯甲烷(90wt%)、甲醇(6wt%)、三乙胺(2wt%)和水的混淆液,该废液的发生量35M3/天。如那边理这些废液? 请查找物性数据等资料,提出你的完整分散方案(分段流程和设备选型及依据),接纳获得二氯甲烷溶剂,纯度≥99.5%。

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一、问题形貌某化工厂工业废液的主要身分为二氯甲烷(90wt%)、甲醇(6wt%)、三乙胺(2wt%)和水的混淆液,该废液的发生量35M3/天。如那边理这些废液? 请查找物性数据等资料,提出你的完整分散方案(分段流程和设备选型及依据),接纳获得二氯甲烷溶剂,纯度≥99.5%。

二、分散方法的选择本体系为四元混淆物体系,其中四个组分的沸点为:表1 二氯甲烷、甲醇、三乙胺、水的沸点组分二氯甲烷甲醇三乙胺水沸点℃39.864.789.5100由此可以看出二氯甲烷沸点最低,同时二氯甲烷和甲醇的在37.6℃存在共沸,共沸组成为二氯甲烷0.9427(质量分率),故用普通的精馏方法难以获得高纯度的二氯甲烷。凭据文献报道,柯凌进等[1]接纳0.15g/ml 醋酸钾乙二醇溶液作为分散剂,用加盐萃取精馏法对某抗生素原药合成所发生的二氯甲烷-甲醇-水三元体系的母液举行分散,获得了纯度为99.6%的二氯甲烷。本次设计借鉴并简化该方法,拟用乙二醇为萃取剂,用萃取精馏的方法提纯二氯甲烷,并借助Aspen Plus软件模拟分散历程,同时实现萃取剂的接纳。

三、物性方法的选择本四元体系为极性非电解质体系,思量接纳NRTL方程形貌该体系的热力学行为,二元交互作用参数来自Aspen数据库。没有找到四元体系的气液平衡数据,思量到体系主要组成为二氯甲烷和甲醇,下面将基于Aspen数据库盘算的二氯甲烷—甲醇的气液平衡数据和文献实验数据[2]举行比力,以验证物性方法是否合理。

表2 二氯甲烷(1)—甲醇(2)的气液平衡数据t/℃x2ye2yc2|Δy2|/ye237.90.29060.15610.15910.019240.00.47110.20180.19350.041143.10.65740.27340.27290.001847.30.77560.37650.37840.005050.80.83940.47890.47940.0010从上表可以看出,基于NRTL活度系数方程盘算的气液平衡数据和实验效果相符度很高,故可以使用该物性方法举行后续模拟盘算。四、流程设计与模拟4.1 流程设计将整个分散历程分为二氯甲烷的提纯和乙二醇的接纳两部门,乙二醇从塔顶进入萃取塔B1,混淆物原料从塔下部门进入。混淆物原料中绝大部门甲醇、三乙胺、水被乙二醇萃取出来从塔底流出,提纯后的二氯甲烷则从萃取塔顶部馏出。萃余相再进入接纳塔B2实现萃取剂的接纳使用。

下面是模拟流程图。图1 从工业废水中提纯二氯甲烷模拟流程图4.2 工艺参数设计本历程需要设计主要的工艺参数包罗萃取剂用量,萃取塔塔板数、回流比、馏出率、进料位置以及接纳塔塔板数、回流比、馏出率、进料位置。因为萃取剂用量依赖于塔的的工艺参,所以应盘算出合理的萃取塔参数,再确定萃取剂用量。

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数凭据文献[1]实验结论,萃取剂滴加速度和馏出液馏出速度之比为(20~22)/10时,分散效果最好。所以不妨先假定萃取剂用量为进料量的2倍。4.2.1 萃取塔的参数设计萃取塔选用RadFrac模块举行模拟,先设定初始进料状况和塔参数,然后举行优化。

表3 萃取塔初始进料状况温度/℃压力/bar流量/(kg/h)组成(质量分率)原料2512000CH2Cl2=0.9 CH4O=0.06 C6H15N=0.02 H2O=0.02萃取剂2514000C2H6O2=1表4 萃取塔初始操作参数塔板数冷凝器型式质量回流比质量馏出率原料进料位置萃取剂进料位置塔压/bar30全凝器1.50.275201在初始条件下,模拟盘算获得的二氯甲烷馏出物质量分率为0.988,没有到达目的纯度,下面使用敏捷度分析先对塔板数举行优化。图2 馏出物中二氯甲烷的质量分率随塔板数的变化由图2可以看出,随着塔板数的增加,馏出物中二氯甲烷的质量分率先快速增加,最后趋于稳定,这里我们取二氯甲烷的最大质量分率对应的最小塔板数30。下面使用敏捷度分析对进料位置举行优化。

图3 馏出物中二氯甲烷的质量分率随进料位置的变化由图3可以看出,随着混淆物进料位置的变化,馏出物中二氯甲烷的质量分率先增加后减小,在第19块塔板处取得最大值,故可以将混淆物进料位置设定在19块塔板。随着萃取剂C2H6O2进料位置的变化,馏出物中二氯甲烷的质量分率不停减小,故将C2H6O2进料位置设定为第2块塔板。下面临回流比举行敏捷度分析。

图4 馏出物中二氯甲烷的质量分率随质量回流比的变化由图4可知,随着质量回流比的增大,馏出物中二氯甲烷的质量分率不停增加,思量到增加回流比会增大操作成本,而且在回流比为2.2时,馏出物中二氯甲烷的质量分率已经到达0.99499,后续对萃取剂用量的优化完全有可能到达提纯目的,故将质量回流比定为2.2。图5 馏出物中二氯甲烷的质量分率随萃取剂用量的变化下面使用敏捷度分析对萃取剂用量和馏出率举行优化。按文献[1]实验获得的90%的二氯甲烷收率,塔顶馏出量应该取1630 kg/h(2000*0.9/0.995=1628 kg/h),然后考察馏出物中二氯甲烷的质量分率随萃取剂用量的变化。从图5可以看出,随着萃取剂用量的增加,馏出物中二氯甲烷的质量分率先增加后趋于稳定,在萃取剂用量为3000 kg/h时,馏出物中二氯甲烷的质量分率到达0.995002,已经满足提纯要求,故将萃取剂用量定为3000 kg/h。

图6 馏出物中二氯甲烷的质量分率随馏出率的变化在萃取剂用量为3000 kg/h时,在考察馏出物中二氯甲烷的质量分率随馏出率的变化,证实了馏出率大于0.326之后无法满足提纯要求。故最终质量馏出率为0.326。

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综上所述,萃取塔设计的工艺参数为:表5 萃取塔设计工艺参数塔板数原料进料位置萃取剂进料位置质量回流比质量馏出率E/F(萃取剂原料质量比)302192.20.3261.5其中,馏出二氯甲烷纯度为0.995001,二氯甲烷接纳率为90.1%。4.2.2 接纳塔的参数设计接纳塔的作用是对萃取剂乙二醇举行接纳,凭据前面模拟盘算的效果,接纳塔进料组成为:表6 接纳塔的进料组成(质量分率)二氯甲烷甲醇三乙胺水乙二醇0.05280.03350.01190.01190.8899为了提高乙二醇的馏出纯度和收率,需要对接纳塔的工艺参数举行优化。优化历程基本上和萃取塔类似,选用RadFrac模块模拟,使用敏捷度分析依次确定塔板数、进料位置、回流比、馏出率。下面直接给出盘算效果:表7 接纳塔设计工艺参数塔板数冷凝器型式质量回流比质量馏出率进料位置塔压/bar18全凝器0.50.1181其中,接纳乙二醇的纯度为0.99992,接纳率为100%。

六、结论1、本方案设计了用乙二醇做萃取剂,从工业废水中提纯二氯甲烷的萃取精馏流程,并实现了萃取剂的接纳,二氯甲烷的纯度到达了0.995,收率为90.1%。2、接纳Aspen对萃取流程举行模拟优化,优化的萃取塔塔板数为30,质量回流比为2.2,质量馏出率为0.326,萃取剂和原料的质量比为1.5;接纳塔塔板数为18,质量回流比为0.5,质量馏出率为0.11。参考文献[1] 柯凌进, 黄燕, 高晓芬,等. 从三元混淆溶剂中接纳二氯甲烷的试验[J]. 中国医药工业杂志, 2002, 33(08).[2] 邵少花, 顾正桂. 二氯甲烷-甲醇-丙酮-水体系汽液平衡测定和关联[J]. 化学工程, 2012, 40(10):40-43.。


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