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甲酸甲酯的多组分汽液平衡及精馏回收

刘卫萍  
【摘要】:聚甲醛(POM)是目前世界上三大通用工程塑料之一,是综合性能优益的热塑性工程塑料,已经广泛应用于电子电气、日用轻工、汽车、农业等领域。由稀甲醛催化合成三聚甲醛是我国生产聚甲醛的合成工艺,生产过程副反应产生甲酸甲酯、甲缩醛、甲醇、甲酸、二氧五环等有机成分。如果直接排放既会造成资源浪费,又会污染环境。本文基于测定甲酸甲酯-甲醇-甲缩醛的汽液平衡数据,利用Aspen plus对废液进行精馏回收后将塔顶馏出物甲酸甲酯作为产品使用。对于甲酸甲酯-甲醇-甲缩醛及相关体系的汽液平衡数据,经查资料,只有甲醇-甲酸甲酯(101.3KPa的T-x-y)、甲醇—甲缩醛(101.3KPa的T-x)的汽液平衡值。本课题采用改进的Rose平衡釜使用双循环法测定了甲酸甲酯-甲醇、甲醇-甲缩醛、甲酸甲酯-甲缩醛、甲酸甲酯-甲醇-甲缩醛体系在常压下的汽液平衡,所测实验值通过热力学一致性检验。仅有甲醇-甲缩醛体系在常压下该体系形成最低共沸物,沸点为41.4℃,甲醇的摩尔分数为0.159。三组二元体系测定值用Wilson、NRTL和UNIQUAC方程分别回归求得相应的模型参数,分别以这三组参数预测出甲酸甲酯-甲醇-甲缩醛的汽液平衡值,并与实验值比较:该体系的温度平均相对偏差分别是1.16%、1.21%、1.13%;甲醇的汽相组成平均相对偏差分别是4.77%、4.92%、4.72%;甲酸甲酯的汽相组成平均相对偏差分别是4.43%、4.47%、4.29%;甲缩醛的汽相组成平均相对偏差分别是3.73%、3.86%、3.79%。使用UNIQUAC方程计算值与实验值偏差最小,精度满足要求,可以为废液精馏分离甲酸甲酯的工艺提供可靠的热力学基础数据。本文使用天大北洋实验设备有限公司生产的综合反应精馏实验装置对废液进行精馏操作,当调节回流比为3:1开始采出时,塔顶采出馏分中甲酸甲酯的浓度(质量分数)达到89%左右,由于甲醇-甲缩醛最低共沸物的沸点41.4℃,而甲缩醛的沸点41.67℃,都与甲酸甲酯的沸点差10℃左右,此反应精馏塔的理论塔板数太低,无法通过简单精馏的方法获得高纯度的产品。采用Aspen Plus软件对精馏回收三聚废液中的甲酸甲酯进行了模拟计算和优化。研究了原料进料位置、原料进料温度、回流比和理论塔板数对产品浓度与能耗的影响,得到了甲酸甲酯回收塔优化的工艺参数:回流比为3.59,进料板位置为第64块塔板,进料温度为34℃,理论塔板数为80块,塔顶采出/进料=0.74时,塔顶分离出的甲酸甲酯质量分数为99.22%,甲酸甲酯回收率为96%。


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