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四氢呋喃—乙醇—水分离工艺设计研究

关迪  
【摘要】:四氢呋喃作为一种重要的有机及精细化工原料,在树脂溶剂、反应溶剂、化学中间产物、色谱溶剂等多方面都有重要的应用价值。目前市场对高纯度的四氢呋喃产品的需求日益增多。某厂一套装置的废液,主要含有四氢呋喃,但伴有乙醇、水、混合三甲苯等多种杂质。废液以往直接外送出厂,进行处理。目前工厂为了提高生产效益,决定以此废液为原料液,扩建一套分离装置,进行分离提纯,生产满足市场要求的四氢呋喃产品。原料液中存在两元共沸物,如乙醇和水、四氢呋喃和水、四氢呋喃和乙醇,还存在复杂的三元共沸物,如四氢呋喃-乙醇-水。因此,如果在对其进行分离操作的时候选择使用普通蒸馏方法,那么就可能导致其难以分离,所以,研究人员选择使用的分离方式是特殊精馏法。对现有研究资料进行研究和分析可以明确,很少有研究学者对四氢呋喃-水-乙醇三元共沸体系分离进行研究和分析,多数科研工作者主要致力于四氢呋喃-水、四氢呋喃-乙醇等体系的研究。本文在阅读相关文献的基础上,分析和参考了两个路径,一个是四氢呋喃-乙醇体系,一个是四氢呋喃-水体系,并以此为基础展开研究。本文利用Aspen Plus流程模拟工具,选用UNIFAC物性方法,以原料液参数为初始参数,通过对萃取精馏(方案Ⅰ)、变压精馏(方案Ⅱ)两种方案进行模拟。在理论板数、进料位置、摩尔回流比等方面对萃取精馏进行优化:萃取塔的理论板数分别为16,进料位置分别为第9块塔板,摩尔回流比分别为1.1;对变压精馏理论板数进行优化,最终四个塔的塔板数分别为30块、20块、21块、5块。两种方案模拟结果均能达到要求。本文对两种方案进行经济分析,在设备经济角度方案一只需要两个塔,而且两个塔的塔板数分别为16块和8块;而方案二需要四个精馏塔,四个塔的塔板数分别为30块、20块、21块、5块,而且有两个高压塔,需要耐高压材质制作;在能量角度方案一的冷公用工程用量为-59.3KW,热公用工程用量为82.9KW;而方案二的冷公用工程用量为-132.1KW,热公用工程用量为137.6KW。最终确定了萃取精馏方案为最优方案,并对主要设备进行初步设计,这为工厂的实际装置扩建提供了指导意见。


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