己二酸的萃取模擬與優化范文

本站小編為你精心準備了己二酸的萃取模擬與優化參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《湘潭大學自然科學學報》2014年第二期

1實驗及結果

在裝有冷凝回流裝置的三口燒瓶中加入一定量的環己烷氧化液與水［8］，恒溫80℃，充分攪拌混合均勻，倒入分液漏斗，靜置分層、分離，對油水兩相中的己二酸和環己基過氧化氫含量分別用酸堿滴定和碘量法進行測定［9，10］，相平衡數據如表1所示．值得注意的是，隨著油水比的提高，水在環己烷氧化液中的溶解度不但沒有降低反而稍有所增加，這是因為隨著油水比的提高，油水平衡時油相中己二酸濃度稍有增加，油相中己二酸的存在增加了水在環己烷氧化液中的溶解度的緣故．

2模擬計算

2．1熱力學模型

2．1．1熱力學模型參數回歸NRTL（Non－RandomTwoLiquids）模型是廣泛應用在液液相平衡體系的活度系數模型，是由Renon在Guggenheim相似化學溶液理論以及scontt流體理論基礎上提出的非隨機雙液體模型［11］．該模型認為組分數為m的混合物的過量Gibbs自由能gE可用如下方程表示：對表1液液相平衡數據采用Britt－Luecke算法進行進行擬合，采用最小二乘法使方程式（7）中的目標函數O．F．最小，從而得到NRTL模型參數，結果如表2所示．

2．1．2熱力學模型參數回歸結果分析將實驗數據回歸得到的己二酸、環己基過氧化氫、環己烷、水間NRTL模型的二元交互作用參數，對不同油水比的液液平衡進行模擬計算，模型計算值與實驗值的相對均方根誤差與相對絕對誤差均小于1％，說明回歸得到的參數準確，模型計算值與實驗值的比較見圖1．

2．2工藝參數

工業填料塔采用萃取和反萃合二為一工藝，即環己烷氧化液自萃取段底部進入，少量工藝水萃取劑自萃取段頂部進入，兩相逆流萃取，萃余液進入后續環己基過氧化氫堿分解工段；萃取液從萃取段低部進入反萃段，與從反萃段底部來的反萃劑環己烷進行逆流反萃，反萃液隨同環己烷氧化液進入萃取段底部，水相己二酸去提濃精制，其進料量及組成如表3所示．工業萃取塔運行時的壓力為0．99MPa，溫度為80℃。

2．3模擬計算結果與討論

采用AspenPlus軟件中的Extract模塊對工業萃取塔填料高度、油水比進行模擬計算，其中塔填料高度通過填料等板高度數即理論板數來確定．由于環己酮、環己醇在水中的溶解度低且易于被反萃入環己烷油相中可不與考慮，但環己基過氧化氫易溶于水且分解應予考慮，故這里只考慮己二酸的萃取率和環己基過氧化氫的損失率問題．

2．3．1等板填料高度的求取表4為工業填料塔（萃取反萃合二為一）運行數據，表中油水比為萃取段油水比，反萃段油水比為1∶1．表4為工業萃取反萃合二為一填料塔的運行數據，由于己二酸易溶于水而難溶于油，故己二酸萃取主要發生在萃取段，在反萃段己二酸反萃很小（詳見圖3）．假設反萃段理論板數為6，在進料溫度80℃，環己烷氧化液、工藝水、環己烷的進料量分別為200t／h、8t／h、8t／h時，考察萃取段不同填料高度（理論板數N）、不同油水比下己二酸的模擬萃取率變化，并與實際工業塔運行結果比較，結果如圖2所示．由圖2可見，在油水比18～28范圍內，當工業填料塔萃取段模擬理論板數為4時，模擬萃取率與工業運行結果相近．這說明在當前油水比操作范圍內，工業填料塔萃取段模擬理論板數為4．另外當萃取段理論板數為3或5時，模擬萃取率均低于或高于實際工業運行結果，這說明模擬理論板數變化趨勢合理．工業填料塔萃取段填料層高為5．2m，故可得萃取段填料等板高度為1．3m．反萃段填料高7．8m，剛好相當于6塊理論板，故假設合理．

2．3．2理論板數對萃取率與反萃率的影響當萃取溫度為80℃，環己烷氧化液、工藝水、環己烷的進料量分別為200t／h、8t／h、8t／h時，對萃取段與反萃段理論板數（填料高度）對萃取率與反萃率的影響進行了模擬計算，結果分別如圖3、圖4所示．由圖3可知，環己基過氧化氫萃取率隨理論板數（填料高度）增加基本不變，保持在5％，這說明環己基過氧化氫在水中溶解度小，在萃取溫度下易被水萃取平衡；而己二酸萃取率隨理論板數（填料高度）而增加，當理論板數從2增至10時，萃取率從62％增至最大萃取率83％，當理論板數大于6時，己二酸萃取率達78％，這時再提高理論板數，萃取率增加甚微．考慮到設備大小與填料成本，萃取段理論板數為4～6比較合適，即填料層高度在5．2～7．8m，這時候萃取率在73％～78％之間，工業萃取塔萃取段為5．2m，具有一定合理性．由圖4可知，己二酸反萃率隨理論板數（填料高度）增加基本不變，保持在7％左右，這說明己二酸在環己烷中溶解度小，萃取溫度下易被環己烷達萃取平衡；而環己基過氧化氫反萃率隨理論板數（填料高度）增加而增加，當理論板數從2增至12時，反萃率從70％增至最大反萃率94％，反萃段理論塔板數在6～8時，反萃率在88％～92％范圍內，這時再提高理論塔板數反萃效果增加甚微．考慮到設備投資成本，工業塔反萃段為8m即6塊理論板，具有一定合理性．

2．3．3油水比對萃取率與反萃率的影響當萃取工藝水用量越多時，對萃取出環己烷氧化液中己二酸越有利，但同時也會萃取出環己基過氧化氫等其他有機產物．當工藝水加入量大于8t／h時，氧化液帶水嚴重，故將工藝水進料量限定為8t／h．在溫度為80℃、萃取段和反萃段的理論板數為4和6時，分別對萃取段和反萃段油水比進行模擬計算，結果如圖5、圖6所示．由圖5可知，己二酸與環己基過氧化氫萃取率均隨萃取油水比的提高而減少，因此為了盡可能多地萃取出己二酸又減少環己基過氧化氫的萃取，萃取油水比為20比較合適，這時己二酸萃取率為88％，環己基過氧化氫萃取率為5％．由圖6可知，環己基過氧化氫與己二酸反萃率均隨萃取油水比的提高而增加，因此為了盡可能多地反萃出環己基過氧化氫又減少己二酸的反萃，反萃油水比在1．5比較合適，這時環己基過氧化氫反萃率為93％，而己二酸反萃率為7％．綜上，對工業萃取與反萃合二為一填料塔，己二酸總的萃取率為88％＊（1－7％）＝82％，環己基過氧化氫損失率為5％＊（1－93％）＝0．35％．

3結論

通過環己烷氧化液－水相平衡實驗數據回歸得到AspenPlus軟件數據庫缺少的己二酸、環己基過氧化氫、環己烷、水間NRTL模型二元交互作用參數，運用AspenPlus軟件求得工業萃取反萃合二為一填料塔等板高度為1．3m．分別就萃取段和反萃段填料高度、油水比對己二酸萃取率、環己基過氧化氫反萃率的影響進行了模擬計算，當萃取段與反萃段油水比分別為20和1．5時，己二酸萃取率與環己基過氧化氫損失分別為82％和0．35％，這為工業操作提供了參考方案．

作者：劉躍進彭學吳志民王軍單位：湘潭大學化工學院