常压精馏分离环氧丙烷-甲醇的工艺模拟

1、精细石油化工 2005年9月第5期 SPECIALITY PETROCHEMICALS 常压精馏分离环氧丙烷一甲醇的工艺模拟 王惠媛许松林。 (天津大学精馏技术国家工程研究中心，天津300072) 摘要：利用计算机对环氧丙烷一甲醇混合物进行了常压精馏过程模拟，体系的逸度系数和活度系数分别采用位力方程和NRTL热力学模型。分析了理论塔板数、进料位置、回流比、塔顶采出量等操作参数对过程的影响， 并得出了最佳工艺参数为：采用45块理论塔板，第37块板进料，回流比为5，可以得到995(质量分数)的 环氧丙烷，同时塔釜得到982(质量分数)的甲醇。模拟结果对工业过程的设计和设备改造具有一定指导 意义。

2、关键词：精馏环氧丙烷 甲醇模拟计算 中图分类号：06332 TQ4206 文献标识码：A 环氧丙烷和甲醇是都工业中常用的化工原 可得： 料，二者常温常压下均为液体，环氧丙烷的沸点为339，甲醇沸点为6471|。工业生产 h乒。一舞耋y函+南娄砉M了。c驰一n z 氧丙烷一甲醇混合物可采用精馏方法进行分离回(5) 收。笔者选择位力方程和NRTL模型，使用 在实际应用时，由于缺乏第二位力系数的实HYSYS软件进行了环氧丙烷一甲醇精馏工艺的 验数据，一般采取对应状态原理的方法解决。其模拟，初步确定了工艺参数。中Tsonopoulos31对生成氢键的分子，提出计算1 分离任务第二位力系数的数学式，如式

3、(6)： 欲分离的环氧丙烷一甲醇混合物 氧丙烷BRB妒+出P1+熹袅 (6) 的质量分数为35，要求分离后的环氧丙烷质量 22活度系数分数大于995，甲醇质量分数大于98。 采用NRTL(nonrandom twoliquid)模型计2计算方法的热力学模型 21 逸度系数 算活度系数。其中，NR指非随机性，因为分子间 相互作用存在差异，混合不是完全随机的，因而局由于该工艺在常压下操作，故选择位力方程， 该方程广泛地用于计算常压范围内气相的逸度。 部组成与总体组成不同，TL指双液体。二元溶 液组分活度系数关联式33为： 一般使用略去第二位力系数以后各项的方程2， 如式(1)：tn y，刊膏焉务+

4、毒眷爵 m托一硝I瓦了丽十瓦了丽I(7) z一寄一，+最一矗 对于混合物，B与C可按式(2)、(3)表示： B一y；yjBd(2) l=1 Jl 1 2广r12b2r2l LJtl 3计算结果与分析 c一yo。y。c驰(3)本工作的设计条件为原料液由工厂给 将以上数学式代人式(4)计算混合物组分逸度系定，常压下15进料，原料的处理量为500 kg 数。 收稿日期：2005一0126；修改稿收到日期：2005一0612。 精馏和萃取精馏。 刚呖一f-等一c篆)T州，d V刚n z作者简介：王惠媛(1981一)，在读硕士，主要研究方向为共沸 (4)*通讯联系人。 46精细石油化工 h，对于该分离单

5、元，影响分离效果的主要操作参由图2看出，当进料塔板在34以下时能够达数有回流比、塔板数、进料位置、塔顶采出量等。到分离要求。 在可靠热力学模型的基础上，通过流程模拟对其33回流比的灵敏度分析 进行灵敏度分析，以确定最佳工艺参数。回流比与塔顶塔釜产物质量分数以及塔底热31塔板数的确定负荷的关系见图3。理论塔板数与塔顶环氧丙烷质量分数及塔釜 甲醇质量分数的关系见图1。， 上 邑 枣斧 彝 bH 求x 零咖犍 蟋g 籁蕞 求蠼咖l蛭 岖 回流比 图3 回流比与产物质量分数以及塔釜热负荷的关系进料板35，其余同图2。 理论塔板数由图3可见，回流比增加，分离效果明显提图1 理论塔板数与产物质量分数的关系

6、高。但当回流比增大至6后，塔顶塔釜产物质量回流比5，操作压力1013 kPa，塔顶采出量170 kgh。 分数增长趋于平缓。但回流量增大时，热负荷将由图1可以看出，环氧丙烷及甲醇的质量分 直线上升，同时也加大了塔的处理量。经优化权数均随塔板数的增加而增加，当理论板达到45 衡，可选择回流比为5或6。时，两个产物质量分数都达到了要求。由于增加 34塔顶采出量的灵敏度分析 塔板数时，操作费用和设备费用也将随之增加，所 在对回流比优化的基础上，对塔顶采出量进以建议理论板数为4050。 行灵敏度分析。塔顶采出量与塔顶塔釜产物质量32进料位置的确定 分数的关系见图4。对于已有的精馏装置，在适宜进料位置进

7、料， 可获得最佳分离效果。在实际操作中，如果进料位置不当，将会使馏出液和釜残液不能同时达到 预期的组成。进料位置过高，使馏出液的组成偏漆 低(难挥发组分含量偏高)；反之，进料位置偏低，裁 求 使釜残液中易挥发组分含量增高，从而降低馏出嘲 略 液中易挥发组分的收率H。进料位置与产物质量分数的关系见图2。 塔顶采出量，(I【gh。1) 图4塔顶采出量与产物质量分数的关系 捧进料板37，其余同图2。 辎 求由图4可以看出：塔顶采出量在165175 删 喀kgh范围内，塔顶环氧丙烷的质量分数基本不变，符合分离要求，只有当采出量达到176 kgh 时质量分数才明显下降；而塔釜甲醇的质量分数 随塔顶采出量

8、直线上升，采出量为170 kgh时达进料位置 图2进料位置与产物质量分数的关系到分离要求，采出量为176 kgh时塔釜甲醇质量塔板数45，其余同图1。分数甚至达到100。为此，可以选择塔顶采出第5期王惠嫒等常压精馏分离环氧丙烷一甲醇的工艺模拟47 量为170 kgh。工艺参数：理论塔板数45，进料塔板37，操作压力 以上对影响该过程的主要操作参数进行了优1013 kPa，回流比5。该结果对工业过程设计和 化分析，可以看出，每种影响因素都不是孤立的。 改造具有一定的指导意义。单个灵敏度分析的结果必须与全局的综合分析结 符号说明： 合起来考虑，推荐的工艺操作条件为：理论塔板数 B一第二位力系数；C

9、一第三位力系数；K一45，进料板37，操作压力1013 kPa，回流比5。各 组分数；G一吉布斯自由能；儿一摩尔体积；Z一流股的状态参数见表1。压缩因子；口一极性参数；6一氢键参数；z一组分 的液相组成；y一组分的气相组成；占i一混合物组 表l精馏工艺的状态参数 分的逸度系数；广i组分逸度；一偏心因子；y一组分活度系数；rNRTL方程参数；下标i，歹一混 合物中任一组分。 参 考 文 献 1 程 能 林 溶 剂 手 册M北京：化学工业，1994276，424 2朱4 结 论3许文高等化工热力学M天津：天津大学，2004 163 应用位力方程和NRTL模型分别计算了环 4贾绍义，柴诚敬化工传质与

10、分离过程M北京：化学工业 氧丙烷一甲醇体系的逸度系数和活度系数，用，2001171 HYSYS对其进行了精馏工艺模拟，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钟坩打y，丁砌力i咒300072，C讫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 常压精馏分离环氧丙烷-甲醇的工艺模拟 精细石油化工 作者：王惠媛， 许松林， Wang Huiyuan， Xu Songlin 作者单位：天津大学精馏技术国家工程研究中心,天津,300072 刊名： 英文刊名：SPECIALITY PETROCHEM

14、ICALS 年，卷(期)：2005(5) 被引用次数：5次 参考文献(4条) 1.程能林 溶剂手册 1994 2. 朱自强;徐讯 化工热力学 1991 3. 许文 高等化工热力学 2004 4. 贾绍义;柴诚敬 化工传质与分离过程 2001 本文读者也读过(10条) 1. 高晓新.王新兵.杨德明.Gao Xiaoxin.Wang Xinbing.Yang Deming 热集成变压精馏分离苯-异丙醇的工艺模拟 期刊论文-精细石油化工2011,28(3) 2. 郭新连.钱建兵.叶丽萍 大型常压塔的工艺模拟计算与设计优化会议论文-2010 3. 杨霞.孔令启.毕荣山.李玉刚.韩方煜.Yang Xia

15、.Kong Lingqi.Bi Rongshan.Li Yugang.Han Fangyu 二乙苯制二乙烯苯精馏过程的改进期刊论文-化工进展2002,21(z1) 4. 刘有智.刘会雪.Liu Youzhi.Liu Huixue 超重力旋转填料床在聚合物脱挥中的应用研究期刊论文-太原科技 2007,165(10) 5. 袁丽华.李传清.陈健.于国柱.Yuan Lihua.Li Chuanqing.Chen Jian.Yu Guozhu 直接脱挥双阶工艺用于丁苯树脂的研究期刊论文-合成树脂及塑料2007,24(4) 6. 郭会蕊.夏存芝.Guo Huirui.Xia Cunzhi 改变环氧丙烷存

16、储方式的研究期刊论文-广东化工2009,36(11) 7. 张俊宏.刘靖.王祥生.张永春.郭新闻 吸附分离法脱除环氧丙烷中微量水的研究期刊论文-应用化工 2003,32(4) 8. 曹玲.马风云.毛先萍.黄雪莉 基于EXCEL分析减压精馏对乙苯-苯乙烯相平衡的影响期刊论文-化工时刊 2005,19(1) 9. 光明.刘旭光.Guang Ming.Liu Xuguang 焦化苯塔精馏过程的计算机模拟期刊论文-煤化工2005,33(2) 10. 许世兵.余晖 精馏分离与节能期刊论文-精细化工中间体2001,31(6) 引证文献(5条) 1. 蔡明生 环氧丙烷精馏工艺的探讨期刊论文-化学工程与装备 2012(07) 2. 陈科宇,付玉娥,吴雪,王亮亮,吴桂波,张昕照 环氧丙烷和甲醇分离