正丁醇-异丁醇-水体系分离技术的研究

摘要

丁醇，本文中主要探究正丁醇（n-butanol）和异丁醇（iso-butanol），是一种重要的有机化工原料和高能替代燃料，用途十分广泛。近年来，其需要量的快速增加及能源价格的不断提高对丁醇回收利用提出了更高的要求，因此有效地从废液中回收丁醇进行再利用具有相当可观的经济、能源和环保价值。 虽然近期石油价格和CO2排放的增长使得生物制丁醇技术再一次引起关注，但是该技术产率低，能耗高，所以目前丁醇还是主要依靠石油炼化生产。对于丁醇-水体系，存在于多种化工废水废液中。不仅对环境造成严重的危害，同时，由于国内对混合丁醇的回收缺乏有效的工艺技术，还造成了重要有机化工原料的浪费损失。 本文以山东省某化工企业丁醇生产的废水为研究对象，利用化工模拟开发平台Aspen Plus对其进行开发流程并模拟计算，利用Aspen Plus中的UNIQUAC模型对其汽液和液液平衡进行了预测，结果显示与文献中的数据良好吻合，证明了该模型模拟计算所得数据准确可靠。对正丁醇-异丁醇-水体系，在质量流率为100t/h时进行分离回收。由于该三元体系会形成共沸物，普通精馏无法实现高纯度的分离。 本文对现在常规的分离方式共沸精馏和传统萃取精馏（利用1，4-丁二醇为萃取剂）对该混合体系进行流程搭建和模拟计算，并优化得到所需塔板数，进料位置，以及回流比等重要参数。正丁醇，异丁醇和水纯度分别能达到99.99%（w%），并且萃取精馏中的萃取剂纯度可达99.99%（w%）以上。 传统的两种分离方式存在着能耗较高的问题，基于此，本文提出了一种节能型的萃取精馏流程，萃取精馏塔真空操作，塔釜再沸器的一部分热源来自溶剂回收塔塔顶高温蒸汽。这样就充分利用了该股蒸汽的潜热，实现了能量的节省。并利用Aspen Plus对该流程进行优化，得到各塔所需的塔板数，进料位置，回流比，溶剂比等重要操作参数。正丁醇，异丁醇和水纯度分别能达到 99.99%（w%），并同时萃取剂纯度可达99.99%（w%）以上。 最终对三种流程的经济性进行了计算对比，发现对于能耗的情况，共沸精馏要比传统的萃取精馏流程有着明显的优势，传统萃取精馏在蒸汽的每年的投资费 用要比共沸精馏多 5.65 百万美元；传统萃取精馏流程在设备投资方面也要高出1.50百万美元左右。 新流程每年的操作费用比共沸精馏流程节省 5.38 百万美元，差不多每年节省了原流程50.90 %的操作费用；相比于传统的萃取精馏过程节省11.02百万美元，差不多每年节省了原流程68.02%的操作费用。在TAC方面，新流程比共沸精馏节省了5.16百万美元，约47.77%；新流程比传统萃取精馏节省了10.95 百万美元，约65.99%，效益显著。

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