己二酸的萃取模拟与优化范文

《湘潭大学自然科学学报》2014年第二期

1实验及结果

在装有冷凝回流装置的三口烧瓶中加入一定量的环己烷氧化液与水［8］，恒温80℃，充分搅拌混合均匀，倒入分液漏斗，静置分层、分离，对油水两相中的己二酸和环己基过氧化氢含量分别用酸碱滴定和碘量法进行测定［9，10］，相平衡数据如表1所示．值得注意的是，随着油水比的提高，水在环己烷氧化液中的溶解度不但没有降低反而稍有所增加，这是因为随着油水比的提高，油水平衡时油相中己二酸浓度稍有增加，油相中己二酸的存在增加了水在环己烷氧化液中的溶解度的缘故．

2模拟计算

2．1热力学模型

2．1．1热力学模型参数回归NRTL（Non－RandomTwoLiquids）模型是广泛应用在液液相平衡体系的活度系数模型，是由Renon在Guggenheim相似化学溶液理论以及scontt流体理论基础上提出的非随机双液体模型［11］．该模型认为组分数为m的混合物的过量Gibbs自由能gE可用如下方程表示：对表1液液相平衡数据采用Britt－Luecke算法进行进行拟合，采用最小二乘法使方程式（7）中的目标函数O．F．最小，从而得到NRTL模型参数，结果如表2所示．

2．1．2热力学模型参数回归结果分析将实验数据回归得到的己二酸、环己基过氧化氢、环己烷、水间NRTL模型的二元交互作用参数，对不同油水比的液液平衡进行模拟计算，模型计算值与实验值的相对均方根误差与相对绝对误差均小于1％，说明回归得到的参数准确，模型计算值与实验值的比较见图1．

2．2工艺参数

工业填料塔采用萃取和反萃合二为一工艺，即环己烷氧化液自萃取段底部进入，少量工艺水萃取剂自萃取段顶部进入，两相逆流萃取，萃余液进入后续环己基过氧化氢碱分解工段；萃取液从萃取段低部进入反萃段，与从反萃段底部来的反萃剂环己烷进行逆流反萃，反萃液随同环己烷氧化液进入萃取段底部，水相己二酸去提浓精制，其进料量及组成如表3所示．工业萃取塔运行时的压力为0．99MPa，温度为80℃。

2．3模拟计算结果与讨论

采用AspenPlus软件中的Extract模块对工业萃取塔填料高度、油水比进行模拟计算，其中塔填料高度通过填料等板高度数即理论板数来确定．由于环己酮、环己醇在水中的溶解度低且易于被反萃入环己烷油相中可不与考虑，但环己基过氧化氢易溶于水且分解应予考虑，故这里只考虑己二酸的萃取率和环己基过氧化氢的损失率问题．

2．3．1等板填料高度的求取表4为工业填料塔（萃取反萃合二为一）运行数据，表中油水比为萃取段油水比，反萃段油水比为1∶1．表4为工业萃取反萃合二为一填料塔的运行数据，由于己二酸易溶于水而难溶于油，故己二酸萃取主要发生在萃取段，在反萃段己二酸反萃很小（详见图3）．假设反萃段理论板数为6，在进料温度80℃，环己烷氧化液、工艺水、环己烷的进料量分别为200t／h、8t／h、8t／h时，考察萃取段不同填料高度（理论板数N）、不同油水比下己二酸的模拟萃取率变化，并与实际工业塔运行结果比较，结果如图2所示．由图2可见，在油水比18～28范围内，当工业填料塔萃取段模拟理论板数为4时，模拟萃取率与工业运行结果相近．这说明在当前油水比操作范围内，工业填料塔萃取段模拟理论板数为4．另外当萃取段理论板数为3或5时，模拟萃取率均低于或高于实际工业运行结果，这说明模拟理论板数变化趋势合理．工业填料塔萃取段填料层高为5．2m，故可得萃取段填料等板高度为1．3m．反萃段填料高7．8m，刚好相当于6块理论板，故假设合理．

2．3．2理论板数对萃取率与反萃率的影响当萃取温度为80℃，环己烷氧化液、工艺水、环己烷的进料量分别为200t／h、8t／h、8t／h时，对萃取段与反萃段理论板数（填料高度）对萃取率与反萃率的影响进行了模拟计算，结果分别如图3、图4所示．由图3可知，环己基过氧化氢萃取率随理论板数（填料高度）增加基本不变，保持在5％，这说明环己基过氧化氢在水中溶解度小，在萃取温度下易被水萃取平衡；而己二酸萃取率随理论板数（填料高度）而增加，当理论板数从2增至10时，萃取率从62％增至最大萃取率83％，当理论板数大于6时，己二酸萃取率达78％，这时再提高理论板数，萃取率增加甚微．考虑到设备大小与填料成本，萃取段理论板数为4～6比较合适，即填料层高度在5．2～7．8m，这时候萃取率在73％～78％之间，工业萃取塔萃取段为5．2m，具有一定合理性．由图4可知，己二酸反萃率随理论板数（填料高度）增加基本不变，保持在7％左右，这说明己二酸在环己烷中溶解度小，萃取温度下易被环己烷达萃取平衡；而环己基过氧化氢反萃率随理论板数（填料高度）增加而增加，当理论板数从2增至12时，反萃率从70％增至最大反萃率94％，反萃段理论塔板数在6～8时，反萃率在88％～92％范围内，这时再提高理论塔板数反萃效果增加甚微．考虑到设备投资成本，工业塔反萃段为8m即6块理论板，具有一定合理性．

2．3．3油水比对萃取率与反萃率的影响当萃取工艺水用量越多时，对萃取出环己烷氧化液中己二酸越有利，但同时也会萃取出环己基过氧化氢等其他有机产物．当工艺水加入量大于8t／h时，氧化液带水严重，故将工艺水进料量限定为8t／h．在温度为80℃、萃取段和反萃段的理论板数为4和6时，分别对萃取段和反萃段油水比进行模拟计算，结果如图5、图6所示．由图5可知，己二酸与环己基过氧化氢萃取率均随萃取油水比的提高而减少，因此为了尽可能多地萃取出己二酸又减少环己基过氧化氢的萃取，萃取油水比为20比较合适，这时己二酸萃取率为88％，环己基过氧化氢萃取率为5％．由图6可知，环己基过氧化氢与己二酸反萃率均随萃取油水比的提高而增加，因此为了尽可能多地反萃出环己基过氧化氢又减少己二酸的反萃，反萃油水比在1．5比较合适，这时环己基过氧化氢反萃率为93％，而己二酸反萃率为7％．综上，对工业萃取与反萃合二为一填料塔，己二酸总的萃取率为88％＊（1－7％）＝82％，环己基过氧化氢损失率为5％＊（1－93％）＝0．35％．

3结论

通过环己烷氧化液－水相平衡实验数据回归得到AspenPlus软件数据库缺少的己二酸、环己基过氧化氢、环己烷、水间NRTL模型二元交互作用参数，运用AspenPlus软件求得工业萃取反萃合二为一填料塔等板高度为1．3m．分别就萃取段和反萃段填料高度、油水比对己二酸萃取率、环己基过氧化氢反萃率的影响进行了模拟计算，当萃取段与反萃段油水比分别为20和1．5时，己二酸萃取率与环己基过氧化氢损失分别为82％和0．35％，这为工业操作提供了参考方案．

作者：刘跃进彭学吴志民王军单位：湘潭大学化工学院