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威尼斯注册送28萃取精馏分离二氯甲烷一丙酮的工艺模拟

编辑:管理员    发布时间:2016/6/12 10:49:14

威尼斯注册送28萃取精馏分离二氯甲烷一丙酮的工艺模拟

以水为萃取剂对二氯甲烷一丙酮混合物进行了萃取精馏过程模拟,体系的气-液平衡和液-液平衡分别采用Wilson模型和NRTI模型预测。分析了总理论板数,回流比,萃取剂进料速率、塔板数、温度和原料进料塔板数、温度等操作参数对精馏过程的影响。并取得了最佳工艺参数为:新威尼斯注册送28网站采用36块理论板,回流比为3,原料在第16块板进料,萃取剂用量1 500 kg/h,第7块板进料时塔顶得到二氯甲烷冰的共沸物,分层得99. 9%的二氯甲烷,塔釜得到丙酮冰的混合物进入丙酮塔;丙酮塔为简单精馏塔,采用35块理论板,回流比为4,第25块板进料,塔顶可得99. 7%的丙酮,塔釜得到几乎纯净的水,经冷却后可用作新威尼斯注册送28网站的萃取水,循环套用。(威尼斯注册送28萃取精馏分离二氯甲烷一丙酮的工艺模拟)

二氯甲烷和丙酮是工业中常用的有机溶剂,二氯甲烷的沸点为39. 75 0C,丙酮沸点为56. 12℃,二者可形成二元最高共沸物,沸点为57. 6℃川,用常规精馏方法无法使其完全分离。在工业生产中二氯甲烷-丙酮混合物可采用萃取精馏方法进行分离回收。笔者选择Wilson模型和NRTI二模型,使用HYSYSApp进行了二氯甲烷-丙酮萃取精馏工艺的模拟,初步确定了工艺参数。

1分离任务

    分离原料液处理量3 000 kg/h,于常压/20℃进料,其组成及分离质量要求见表1

 

2热力学模型

2.1   Wilson模型

    Wilson模型被推荐用于高度非理想系统,也可用于高级状态方程混合规则中,但这个模型不能用于液-液平衡的预测。采用Wilson模型预测体系的气-液平衡。Wilson模型方程如下式所示。

 

2. 2   NRTL模型

NRTI_(Non-Random Two-Liquid)模型可以描述强非理想溶液的液掖平衡。采用NRTL模型预测二氯甲烷司丈体系的液-液平衡。

3计算结果与分析

3. 1模拟计算流程及工艺简述

    模拟流程如图1所示。原料液首先经过二氯甲烷萃取精馏塔,水为萃取剂,塔顶回收得到二氯甲烷刊丈的共沸物,经分相器分相,重相为二氯甲烷合格产品,一部分作为产品采出,另一部分作为回流液回流,轻相主要为水,与原料液混合作为新威尼斯注册送28网站进料;釜液作为丙酮塔的进料,在适宜操作条件下,塔顶得到合格丙酮,其釜残经换热、冷却后,作为二氯甲烷新威尼斯注册送28网站的萃取水循环套用。(威尼斯注册送28萃取精馏分离二氯甲烷一丙酮的工艺模拟)

 

 

3. 2精馏塔操作参数的优化

影响分离效果的主要操作参数有塔板数、回流比、进料位置、进料温度等,流程涉到两个塔的优化,其中以二氯甲烷新威尼斯注册送28网站最为复杂,本文主要针对二氯甲烷新威尼斯注册送28网站进行优化。

3. 2. 1总理论塔板数的影响

总理论塔板数对塔分离性能的影响如图2所示。由图2可见,随着总理论塔板数增加,塔顶馏出物中的丙酮含量减小(此时丙酮属于杂质),塔釜能耗略有下降。当总理论塔板数达到36时,塔顶馏出物中的丙酮含量已经达到要求,再增加理论塔板数,塔的一次性投资费用增大,而且二氯甲烷浓度提高不明显,塔釜能耗也基本保持不变。因此选择理论塔板数为35~40。

 

3.2.2回流比的影响

    回流比对塔的分离性能影响如图3所示。由图3可见,随着回流比增加,塔顶馏出物中的丙酮含量减小,塔釜能耗随回流比增加直线上升,这是由于回流比增大,有利于塔内汽液充分接触,但返回塔内参与回流的液体也较多,塔的负荷增大。当回流比为3. 0时,塔顶馏出物中的丙酮量仅4kg/h,二氯甲烷浓度可达到99. 0%,当回流比大于3. 0时,塔釜能耗继续增大而二氯甲烷浓度上升缓慢,所以选取回流比为3. 0。(威尼斯注册送28萃取精馏分离二氯甲烷一丙酮的工艺模拟)

 

3. 2. 3萃取剂进料速率的影响

    萃取剂进料速率对塔工艺指标的影响如图4所示。由图4可见,随着萃取剂进料速率增大,塔顶馏出物中的丙酮含量迅速减小,当进料速率达到1 500 kg/h时,塔顶馏出物中的丙酮量仅为2. 5 kg/h,二氯甲烷浓度达到99. 3%,此后继续增大萃取剂的进料速率,塔顶馏出物中的丙酮含量降幅很小,而塔釜负荷不断增大,所以确定萃取剂进料速率为1 500 kg/h

 

3. 2. 4萃取剂进料塔板数的影响

    萃取剂进料塔板数对塔工艺指标的影响如图5所示。由图5可见,在所选的范围内,萃取剂进料塔板数离塔顶越远,塔顶馏出物中的丙酮含量越少,但塔釜负荷却不断增大。当萃取剂进料塔板数为第7块塔板时,塔顶馏出物中的丙酮含量仅为0. 166 kg/h,此时塔釜能耗适中,所以确定萃取剂的进料塔板数为第7块塔板。

 

 

3. 2. 5原料进料塔板数的影响

    最佳的进料塔板数一般应在精馏塔内液相或汽相组成与进料组成相近或相同的塔板上,在适宜的进料塔板数进料,可获得最佳分离效果。若进料塔板数不当,馏出液和釜残液不能同时达到预期的组成。

    原料进料塔板数对塔工艺指标的影响见图6。由图6可见,根据模拟结果看出随着原料进料位置的下移,塔釜负荷呈升高趋势,但原料进料塔板数对塔顶馏出物中的丙酮含量、二氯甲烷浓度影响不大。经过综合考虑确定原料进料塔板数为第16块塔板。

 

 

3.2.6原料和萃取剂的进料温度的影响

    原料和萃取剂的进料温度影响的变化规律如图7和图8所示。可以看出,在一定温度范围内,原料液和萃取剂的进料温度越低,塔顶馏出物中的丙酮含量也越低,但塔釜能耗越高。但总体来说随进料温度的变化,塔顶馏出物中的丙酮含量变化很小,所以确定原料液和萃取剂都为常温25℃进料,减化步骤,方便操作。

 

 

 

 

3. 2. 8丙酮精馏稳态过程的优化

    采用与二氯甲烷萃取精馏类似的方法对丙酮分离塔进行优化,确定总理论塔板数、回流比、进料塔板数和温度。

    丙酮分离塔物料进料情况见表3塔釜组成,丙酮精馏塔最终拟合的工艺参数见表5

 

 

 

 

4结论

    应用Wilson模型和NRTI二模型分别预测了二氯甲烷-丙酮萃取精馏分离体系的气液平衡和液液平衡,用HYSYS对其进行工艺模拟,提出了最佳工艺参数。该结果对工业过程设计和改造具有一定的引导意义。(威尼斯注册送28萃取精馏分离二氯甲烷一丙酮的工艺模拟)

 

 

 

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