南京市某化工厂生产的工业废液中含有二甲苯、乙醇和乙酸乙酯,组分如表1所示,该厂每年产生该废液约8万吨,如按废液处理则给该企业带来了巨大的经济负担。根据该企业的废液组成,可以设计一套废液回收利用的工艺,实现废液的资源化利用。为实现废液的有效利用目的,提出了如下分离要求:有效地分离二甲苯、乙酸乙酯、乙醇,二甲苯产品可以作为产品出售,要求得到的的质量分数在99郾9%以上,其回收率应大于99%;乙酸乙酯、乙醇在厂内循环使用,要求分离后的乙酸乙酯和乙醇的质量均分数在90%以上,回收率均在90%以上。

1工艺流程设计

本模拟利用AspenPlus该厂每年产生的8万吨废液进行物料衡算,可得到回收率为99郾9%的二甲苯约7郾35万吨,回收率为90%的乙酸乙酯约0郾26万吨,回收率为90%的乙醇0郾38万吨。由于二甲苯的沸点为137~140益,比乙醇、乙酸乙酯的沸点高很多,故先用普通精馏法先将二甲苯先分离出来。乙酸乙酯与乙醇是共沸物,可用特殊精馏的方法分离。乙酸乙酯、乙醇、二甲苯混合物系分离工艺流程如图1所示。待分离的组分从预处理塔的中部进入,经过多次部分气化和冷凝,二甲苯从预处理塔T的塔釜采出。

溶剂S(乙二醇)从萃取精馏塔T1上部进入,待分离的乙酸乙酯、乙醇混合物(D)从萃取精馏塔T1的下部进入,进行汽液相间传质,由于乙酸乙酯-乙醇不能在萃取精馏塔T1的塔顶塔釜进行几乎完全的分离,可再建一个萃取精馏塔T2对乙酸乙酯-乙醇进行有效的分离,萃取精馏塔T2的塔顶即可得到满足分离要求的乙酸乙酯。萃取精馏塔T1的塔底的溶液进入萃取剂回收塔T3,在萃取剂回收塔T3的塔顶可以得到满足分离要求的乙醇。萃取精馏塔T2和萃取剂回收塔T3的塔釜富含的溶剂乙二醇进入混合罐MIX对溶剂乙二醇进行循环利用。

2工艺参数计算

乙酸乙酯、乙醇、二甲苯的混合物首先进入精馏塔T,二甲苯比乙醇、乙酸乙酯的沸点高,且不会与乙醇、乙酸乙酯共沸,故用普通精馏法先将二甲苯先分离出来。乙酸乙酯-乙醇-二甲苯存在气相-液相平衡,气相采用理想气体状态方程计算,两液相热力学模型可采用NRTL方程进行气液平衡的推算。此时原料液进料流率为1000kg/h,进料温度为25益,操作压力为0.11MPa。分离要求得到塔底二甲苯的质量分数为99.9%,要求塔底的二甲苯的回收率为99.9%。

2.1预处理塔简捷计算

DSTWU是多组分精馏的简捷计算模块,采用FUG方法进行精馏塔T的简捷计算,得到二甲苯与乙醇、乙酸乙酯分离的最小理论板数和最小回流比,根据Gilliland关联图来即可确定一定理论板数下所需要的回流比。模拟流程如图2所示。

由图2可知,进料F是质量分数分别为3.2%的乙酸乙酯,4.8%的乙醇,92%的二甲苯的混合物。简捷计算过程设定塔底二甲苯的质量分数为90%,二甲苯的回收率为90%。塔底操作压力为常压(0.1MPa)。精馏塔简捷计算结果如表2所示。

由表2中可以看出,简捷计算中最小回流比为0.60,实际回流比为1.27,精馏塔的最小理论板数为9,进料板数为14,进料位置为第10块。精馏塔简捷计算物料平衡表如表3所示。从表3可以发现,塔底二甲苯含量为99.9%达到分离要求。

由于简捷计算的结果只能作为参考,不能作为计算结果,因此进行了严格计算。