关键词:
异丙醇-水
恒沸精馏
萃取精馏
单因素分析
响应面法
摘要:
异丙醇是工业常用的有机溶剂,化工、医药行业每年都会产生大量的异丙醇-水混合废液。回收废液中大量的异丙醇,既可以降低溶剂的费用又可以减少对环境的污染。目前分离异丙醇-水物系最常用的工艺是恒沸精馏和萃取精馏,两种工艺均易于实现工业化,但能耗均较高,且未见详细对比两种工艺的研究。对于该物系的分离而言,选择一种既可以实现分离目的,又较为经济的分离工艺意义重大,因此,本文针对该两种工艺的分离效果及能耗展开了研究。根据加入第三组分对异丙醇-水物系的恒沸组成及相对挥发度的影响发现:环己烷与异丙醇-水形成的三元恒沸物能够带出更多的水,且安全性较高;二甘醇能够增大异丙醇-水的相对挥发度,且廉价易得。因此,本文选取环己烷作恒沸剂,二甘醇作萃取剂,使用Aspen Plus模拟软件分别模拟了恒沸精馏工艺和萃取精馏工艺。本文以两种分离工艺的能耗为目标函数,使用同种方法对两种工艺进行优化。首先使用单因素分析对两种工艺中的各个操作参数进行初步优化,然后以单因素初步优化的结果为中心值进行中心组合设计。应用响应面法分别对两种工艺的实验结果进行分析,发现各工艺中的操作参数间存在相互影响。响应面分析方法拟合出的数学模型拟合度高,可以很好地预测实验值。使用响应面法优化得到两种工艺的最小能耗分别为1008.35kW和907.22kW,本文所选用萃取精馏工艺比恒沸精馏工艺节约热量10.03%,节约冷量35.35%。对两种工艺进行经济核算发现萃取精馏各项费用均低于恒沸精馏,其中设备成本节约20.63%,能耗成本节约12.14%,TAC节约12.52%。