電解制己二腈分離流程的優(yōu)化

電解制己二腈分離流程的優(yōu)化

二次腈（adn）是一個(gè)無(wú)色、透明的油液體，有輕微的苦味，易于運(yùn)輸，具有毒性和耐腐蝕性。它與甲醇、乙醇和氯仿交織在一起，水、環(huán)己烷、乙醇、二硫化碳和氯仿碳很難溶合。己二腈加氫還原生成己二胺,己二胺與己二酸發(fā)生中和反應(yīng)生成尼龍66鹽,這是己二腈迄今為止最重要的工業(yè)用途。己二腈也可用于火箭燃料、電鍍工業(yè)、洗滌添加劑和殺蟲(chóng)劑等發(fā)面。目前我國(guó)己二腈主要依賴進(jìn)口,隨著近年來(lái)我國(guó)尼龍66產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,己二腈的需求量逐漸增大。大力發(fā)展己二腈工業(yè),探討己二腈的生產(chǎn)回收工藝對(duì)指導(dǎo)我國(guó)己二腈工藝開(kāi)發(fā)有著重要意義。丙烯腈(AN)電解二聚法制己二腈的生產(chǎn)工藝是20世紀(jì)60年代由美國(guó)孟山都公司開(kāi)發(fā)的,逐步從隔膜式電解法發(fā)展到無(wú)隔膜式電解法。與化學(xué)法相比,其優(yōu)點(diǎn)有:通過(guò)電極電位控制反應(yīng)歷程;一般不產(chǎn)生有害的廢氣物料,有利于消除污染;常溫常壓下合成,反應(yīng)條件溫和,對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求不高且可提高目標(biāo)反應(yīng)的選擇性等。在這些優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上再輔以適合的工藝,必然可以減少成本來(lái)大力發(fā)展電解法進(jìn)行己二腈的生產(chǎn)。奚俊等對(duì)電解液中丙烯腈的回收進(jìn)行了分離模擬。到目前為止國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)沒(méi)有詳細(xì)介紹丙烯腈電解液中關(guān)于己二腈的分離提純工藝。本文采用PROⅡ模擬軟件對(duì)己二腈生產(chǎn)分離流程進(jìn)行了模擬優(yōu)化,確定了回收流程的工藝參數(shù),這對(duì)實(shí)現(xiàn)電解二聚法生產(chǎn)己二腈的分離工藝有著非常重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。1戊二腈同系物分離塔模擬流程如圖1所示。進(jìn)入高聚物分離塔的是己二腈、甲基戊二腈和高聚物的混合液,經(jīng)過(guò)塔分離后,塔頂?shù)玫郊憾婧图谆於?塔釜為高聚物。己二腈和甲基戊二腈在同系物分離塔中繼續(xù)分離,得到符合純度要求的己二腈。塔1中輕組分和重組分之間沸點(diǎn)差較大,容易實(shí)現(xiàn)分離。塔2中己二腈和甲基戊二腈沸點(diǎn)差較近難以分離。所以,本研究主要對(duì)同系物分離塔進(jìn)行了模擬。設(shè)計(jì)要求同系物分離塔塔頂?shù)玫降募谆於尜|(zhì)量分?jǐn)?shù)大于96%,塔釜得到的己二腈質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99%。2nrtl方程模型的建立系統(tǒng)的相平衡關(guān)系是分離過(guò)程模擬計(jì)算的基礎(chǔ),所以,應(yīng)根據(jù)體系的熱力學(xué)平衡數(shù)據(jù)建立可靠的熱力學(xué)模型?？紤]該模擬系統(tǒng)中所涉及組分己二腈和甲基戊二腈的性質(zhì),為了準(zhǔn)確地進(jìn)行關(guān)聯(lián)計(jì)算,可選用NRTL方程建立該體系的活度系數(shù)模型。NRTL方程是以威爾遜提出的局部組成概念為基礎(chǔ)的活度系數(shù)方程,該模型能準(zhǔn)確模擬非理想溶液的汽液平衡和液液平衡性質(zhì)。實(shí)踐證明用NRTL方程計(jì)算的結(jié)果與文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合很好。其余物性的計(jì)算均采用PROⅡ軟件中的常規(guī)方程。3分離效果的操作參數(shù)為了更好地實(shí)現(xiàn)己二腈和甲基戊二腈的分離,須對(duì)分離塔的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,得到適宜的操作條件。影響分離效果的主要操作參數(shù)有塔板數(shù)、回流比、冷凝溫度和壓力等。在進(jìn)料量為101.5kg/h,壓力為2.67kPa,進(jìn)料溫度為40℃,組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為己二腈98.45%、甲基戊二腈1.48%和水0.06%的情況下,通過(guò)模擬計(jì)算,對(duì)影響同系物分離塔的因素進(jìn)行分析,得到了最佳工藝參數(shù)。3.1甲基戊二腈質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響因素塔板數(shù)與塔頂甲基戊二腈和塔釜ADN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系見(jiàn)圖2。由圖2可以看出,塔釜ADN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)受塔板數(shù)的影響非常小,而且可以滿足要求(達(dá)到了99.5%),回流比、冷凝溫度和壓力對(duì)其影響也比較小,所以在下面的圖中不再表示,主要考慮各因素對(duì)塔頂甲基戊二腈的影響。從圖2還可以看出,塔板數(shù)是影響塔頂甲基戊二腈質(zhì)量分?jǐn)?shù)的一個(gè)重要因素。當(dāng)塔板數(shù)少于20塊時(shí),甲基戊二腈質(zhì)量分?jǐn)?shù)增長(zhǎng)幅度較大。當(dāng)塔板數(shù)大于20塊時(shí),其質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到了96%以上。但隨著塔板數(shù)的增加,設(shè)備成本也將相應(yīng)增加,所以綜合考慮確定塔板數(shù)為20。3.2回流比對(duì)甲基戊二腈質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響回流比對(duì)塔頂甲基戊二腈質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響如圖3所示。從圖3可以看出,回流比R<0.3時(shí),塔頂甲基戊二腈質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著回流比增大而增加;R>0.3時(shí),塔頂餾出液中甲基戊二腈質(zhì)量分?jǐn)?shù)受回流比影響較小。同時(shí)隨著回流比的增大,塔頂和塔釜的熱負(fù)荷都會(huì)增加。綜合考慮,為達(dá)到較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),適宜的回流比為0.3。3.3冷凝器溫度的影響冷凝溫度對(duì)分離效果的影響如圖4所示。從圖4可以看出,隨著冷凝溫度的升高,塔頂甲基戊二腈的質(zhì)量分?jǐn)?shù)先增高后降低,當(dāng)冷凝溫度為60℃時(shí),塔頂質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到96%以上。而且冷凝溫度過(guò)高會(huì)增加塔頂組分的揮發(fā),冷凝溫度過(guò)低會(huì)增加冷卻水的成本。綜合考慮,選擇冷凝溫度為60℃。3.4壓力對(duì)甲基戊二腈質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響壓力對(duì)分離效果的影響如圖5所示。從圖5可以看出,隨著壓力的升高,塔頂甲基戊二腈的質(zhì)量分?jǐn)?shù)先增加后減少,壓力過(guò)低會(huì)則會(huì)大大增加減壓的成本。綜合考慮,選擇壓力為2.67kPa。3.5操作工藝設(shè)計(jì)在丙烯腈電解制己二腈工藝的基礎(chǔ)上,通過(guò)工藝模擬定量分析了工藝參數(shù)對(duì)工藝過(guò)程的影響,并根據(jù)模擬結(jié)果確定比較合適的操作工藝參數(shù),在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。表1給出了模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比。由表1可以看出,模擬計(jì)算的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相符,因此在此模擬基礎(chǔ)上改變相關(guān)參數(shù)后所得的結(jié)論具有一定的參考價(jià)值。4分離條件的確定通過(guò)用PROⅡ軟件對(duì)己二腈和甲基戊二腈分離過(guò)程進(jìn)行模擬與參數(shù)優(yōu)化,考察了塔板數(shù)、回流比、冷凝溫度和壓力對(duì)分離效果的影響,