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      1,4二羥基蒽醌廢水鄰苯二甲酸回收利用研究

      2022-05-16 03:34:32沈永梅丁衛(wèi)林
      生物化工 2022年2期
      關(guān)鍵詞:板數(shù)蒽醌精餾塔

      沈永梅,丁衛(wèi)林

      (1.常州大學(xué) 計(jì)算機(jī)與人工智能學(xué)院,江蘇常州 213000;2.常州大學(xué)化工設(shè)計(jì)研究院有限公司,江蘇常州 213000)

      1,4-二羥基蒽醌是紡織印染行業(yè)中的重要染料中間體,我國(guó)使用傳統(tǒng)的對(duì)苯二酚法和氯苯酚法生產(chǎn)1,4-二羥基蒽醌,均存在苯酐的轉(zhuǎn)化率低、原料用量大等缺點(diǎn)[1]。由于反應(yīng)原料過(guò)量最終形成了大量工業(yè)廢水,同時(shí)廢水里還有硫酸、硼酸、對(duì)苯二甲酸等原料。

      按照現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝,每生產(chǎn)1 t的1,4-二羥基蒽醌約產(chǎn)生70 t廢水,而且廢水的色澤深、濃度高、有毒,如果不進(jìn)行處理就排放,廢水中的有機(jī)物和廢酸極易對(duì)環(huán)境造成污染。同時(shí)考慮到廢水中的鄰苯二甲酸、硫酸和硼酸也是重要的工業(yè)原料,因此通過(guò)合適的途徑可以把廢水中的有機(jī)物和廢酸資源化利用[2-3]。

      本文設(shè)計(jì)了6 000 t/a廢水的鄰苯二甲酸精餾回收工藝,結(jié)合已有實(shí)驗(yàn)結(jié)果利用Aspen軟件完成廢水中鄰苯二甲酸精餾回收的初步工程設(shè)計(jì),對(duì)1,4-二羥基蒽醌廢水資源利用工業(yè)化的實(shí)現(xiàn)具有一定的指導(dǎo)意義。

      1 流程設(shè)計(jì)

      以1,4-二羥基蒽醌廢水原料,對(duì)其中的鄰苯二甲酸進(jìn)行資源化利用。廢水中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為4.80%、0.15%和0.15%的鄰苯二甲酸、硼酸和硫酸。

      1.1 處理工藝路線

      根據(jù)1,4-二羥基蒽醌廢水的特點(diǎn),為實(shí)現(xiàn)廢水中的鄰苯二甲酸的資源化利用,采用分步處理回收的技術(shù)方案,技術(shù)路線和工藝過(guò)程為鄰苯二甲酸的吸附、吸附劑洗脫及鄰苯二甲酸的精餾回收,工藝路線見(jiàn)圖1[4]。

      圖1 1,4-二羥基蒽醌廢水鄰苯二甲酸回收工藝

      1.2 工藝流程說(shuō)明

      原料1,4-二羥基蒽醌廢水(0101)經(jīng)過(guò)預(yù)處理后,送入吸附塔(A0101)中吸附鄰苯二甲酸,其中吸附材料為NDA-404樹(shù)脂,在吸附塔中,鄰苯二甲酸的脫除率可達(dá)97%,經(jīng)過(guò)吸附的1,4-二羥基蒽醌廢水含有硼酸、硫酸(0103)去下一個(gè)工段處置。吸附鄰苯二甲酸的NDA-404樹(shù)脂(0102)進(jìn)入脫附塔,用酸性乙醇(0104)洗滌NDA-404樹(shù)脂,過(guò)濾液相產(chǎn)物可得到鹽酸、乙醇和鄰苯二甲酸的混合溶液(0105);洗滌后的固相產(chǎn)物為NDA-404樹(shù)脂,再去吸附塔吸附鄰苯二甲酸[5-6]。

      鹽酸、乙醇和鄰苯二甲酸的混合溶液在精餾塔(T0101)中進(jìn)行精餾分離,塔頂產(chǎn)物(0106)為鹽酸和乙醇的混合物,可以繼續(xù)用作洗脫劑;塔底產(chǎn)物(0107)為重組分的鄰苯二甲酸,經(jīng)進(jìn)一步冷凝后(0108)實(shí)現(xiàn)了1,4-二羥基蒽醌廢水中的鄰苯二甲酸的回收利用。

      2 計(jì)算軟件與計(jì)算方法

      2.1 計(jì)算軟件

      Aspen Plus是一個(gè)生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)、穩(wěn)態(tài)模擬和優(yōu)化的大型通用流程模擬系統(tǒng),廣泛用于全球各大化工、石化、煉油等過(guò)程工業(yè)。為實(shí)現(xiàn)鄰苯二甲酸的資源化利用,達(dá)到最高的回收率,應(yīng)用大型化工流程模擬軟件Aspen Plus對(duì)精餾塔(T0101)進(jìn)行工業(yè)化設(shè)計(jì)。

      2.2 計(jì)算方法

      由于Aspen Plus自帶豐富的物性數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算模塊,可以根據(jù)圖1的工藝進(jìn)行模擬計(jì)算,其中精餾塔T0101采用RadFrac模塊進(jìn)行計(jì)算,考察回流比、塔板數(shù)、進(jìn)料板位置對(duì)出料濃度(以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示)的影響。

      3 結(jié)果與分析

      為從乙醇、鹽酸和鄰苯二甲酸的混合溶液中回收鄰苯二甲酸,需確定精餾塔T0101的回流比和塔板數(shù),通過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算后,T0101的回流比設(shè)定為0.75,理論塔板數(shù)為12塊,以此為基準(zhǔn)研究回流比和塔板數(shù)的最優(yōu)值。

      3.1 回流比的確定

      化工生產(chǎn)中都要選擇合適的回流比,根據(jù)鄰苯二甲酸在塔釜產(chǎn)品中的濃度和塔釜的質(zhì)量流率對(duì)回流比進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),結(jié)果見(jiàn)圖2和圖3?;亓鞅仍酱螅谆厥盏泥彵蕉姿岬臐舛群土髀室苍礁?,但回流比越大,能耗越高,根據(jù)實(shí)際情況和能耗,合適的回流比為0.8,此時(shí)塔底可得鄰苯二甲酸的濃度為0.996 25,流率為 865.8 kg/h。

      圖2 回流比對(duì)濃度的影響

      圖3 回流比對(duì)流率的影響

      3.2 塔板數(shù)的確定

      為研究不同塔板數(shù)下的鄰苯二甲酸的濃度變化情況,進(jìn)行了靈敏度分析,結(jié)果如圖4所示。當(dāng)塔板數(shù)增加到14塊時(shí),塔底鄰苯二甲酸濃度幾乎沒(méi)有明顯變化了,因此最佳塔板數(shù)設(shè)置為14塊。

      圖4 塔板數(shù)對(duì)濃度的影響

      3.3 進(jìn)料板位置的確定

      尋找到最佳回流比和塔板數(shù)后,需要確定最佳進(jìn)料板位置。采用靈敏度分析,不同的進(jìn)料板位置收得塔底鄰苯二甲酸的濃度不同,濃度最高時(shí)選為進(jìn)料板。研究了從第5塊塔板開(kāi)始進(jìn)料到第13塊塔板位置,分別得到的鄰苯二甲酸的濃度,所得結(jié)果如圖5所示。在第12塊塔板進(jìn)料,得到的鄰苯二甲酸的濃度為最高,可達(dá)0.996 3。

      經(jīng)過(guò)以上簡(jiǎn)捷計(jì)算和精確計(jì)算可知,T0101的理論塔板數(shù)為14塊,回流比為0.8,第12塊塔板進(jìn)料,此時(shí)在塔底得到的鄰苯二甲酸的濃度最高,回收率也最高,為97.3%。

      圖5 進(jìn)料板對(duì)濃度的影響

      4 結(jié)論

      本文為回收1,4-二羥基蒽醌廢水中的鄰苯二甲酸進(jìn)行了工藝設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了其資源化利用的工藝研究,在解決環(huán)境污染難題的同時(shí)帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益。

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