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        江苏铭盛环境

        环丁砜化工生产废水萃取-精馏耦合处理工艺

        文章出处:未知发表时间:2021-12-13 13:58:09



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          环丁砜是工业生产中重要的化工原料,也是一种性能优秀的多效能溶剂,可用作芳烃抽提溶剂、聚合物纺丝浇膜溶剂和自然气、合成原料气、炼气厂的净化剂以及有机反响的溶剂。耐高温、高性能聚芳醚树脂的聚合生产过程产生的低浓度环丁砜废水溶液必需加以处置,降低废水中环丁砜的浓度,回收其中的有机溶剂环丁砜,从而满足日益严苛的环保请求,进步经济效益。

         

          目前,工业上采用多效蒸发工艺处置环丁砜废水。关于环丁砜质量分数约为10%的工业环丁砜废水,多效蒸发工艺需求汽化大量的汽化潜热极高的水,过程能耗十分大,而且处置后的废水达不到排放规范。因而,开发一种新办法来降低环丁砜工业废水处过程的能耗,愈加有效地回收环丁砜,具有较大的经济价值和工业应用前景。

         

          以某公司聚芳醚树脂聚合安装的环丁砜废水处置为背景,本文提出了一种处置环丁砜废水的萃取-精馏耦合新工艺,选择低沸点溶剂二氯甲烷为萃取剂,应用环丁砜在水和二氯甲烷中的溶解度不同,完成环丁砜在两相中的转移分配,降低萃余相(水相)中环丁砜的浓度,使环丁砜在萃取相中富集增浓,然后应用精馏别离萃取相中的环丁砜和萃取剂,从而完成环丁砜、萃取剂以及水的循环运用。采用Aspen Plus软件模仿萃取-精馏耦合工艺,肯定适合的工艺参数,为环丁砜废水处置过程的工艺参数设计提供理论根据。

         

          一、萃取剂的挑选

         

          萃取过程的经济性在很大水平上取决于萃取剂性质。由于环丁砜沸点高达287.3℃,且简直能够和一切有机溶剂混溶,根据萃取剂选择的根本准绳,初步选择水中溶解度较小的低沸点有机溶剂作为萃取剂,其主要物性数据列于表1。在此根底上,设定萃取温度为25℃,相比为1∶1,分别以表1中的有机溶剂为萃取剂,采用Aspen Plus软件的液-液倾析器模块(Decanter)停止单级萃取模仿,结果列于表2。由表2可知,丁酮、乙醚、乙酸乙酯在萃余相中的质量分数相对较大,可能构成了新的废水,而且环丁砜的萃取率(萃取相与原料废水中环丁砜的质量比)较低。二氯甲烷的毒性低且环丁砜的萃取率较高,故选择二氯甲烷作为萃取剂。

         

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          二、工艺流程模仿

         

          2.1 流程简述

         

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          环丁砜废水的萃取-精馏耦合工艺流程如图1所示。原料液(环丁砜废水)从塔底进入萃取塔,萃取剂二氯甲烷从塔顶进入萃取塔,原料液和二氯甲烷在萃取塔内逆流连续接触停止传质。分开萃取塔塔顶的萃余相主要是水,仅含有微量的环丁砜和二氯甲烷。分开萃取塔塔底的萃取相为二氯甲烷、环丁砜以及少量水。萃取相作为精馏塔的原料,在精馏塔中完成二氯甲烷和环丁砜的别离,精馏塔塔顶馏出物(主要为二氯甲烷)冷却后作为循环萃取剂与补充萃取剂混合后返回萃取塔,精馏塔塔底采出环丁砜。

         

          2.2 模型树立及模仿计算

         

          运用Aspen Plus软件停止萃取-精馏耦合工艺处置环丁砜废水的流程模仿研讨,思索物系的非理想性,选择活度系数模型NRTL方程为热力学模型,采用液-液倾析器模块(Decanter)和连续萃取模块(Extract)树立萃取塔模型,选用简捷法精馏设计模块(DSTWU)和严厉法精馏设计模块(RadFrac)树立精馏塔模型[6-9]。应用灵活度剖析模块(Sensitivity)对萃取塔均衡级数和萃取相比(萃取剂与废水的体积比)以及精馏塔回流比、理论板数、原料进料位置和塔顶采出率(塔顶采出量与进料量的摩尔比D/F)停止优化,以萃余相中环丁砜的质量浓度、精馏塔塔底馏出物中环丁砜的纯度为目的,肯定最佳工艺参数。

         

          2.3 操作参数设定

         

          以某公司聚芳醚树脂聚合安装为例,环丁砜废水的进料量为100t/h,环丁砜质量浓度为100g/L。请求萃余相中环丁砜的含量小于50mg/L,回收的环丁砜纯度到达98%以上,以到达可在聚芳醚树脂生产过程中循环运用的请求。参考聚芳醚树脂聚合安装的实践工况,设定环丁砜废水、萃取剂二氯甲烷、萃取塔的萃取温度均为25℃,压力为0.1MPa。精馏塔塔顶压力为0.1MPa,塔顶冷凝器为全凝器。

         

          三、结果与讨论

         

          3.1 萃取相比战争衡级数

         

          分别采用液-液倾析器模块(Decanter)和连续萃取模块(Extract)模仿单级萃取和多级逆流萃取过程,萃取温度为25℃。萃取相比战争衡级数对萃余相中环丁砜质量浓度的影响如图2所示。

         

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          由图2可知,在相同的均衡级数下,萃取相比越小,萃取剂用量越少,萃余相中环丁砜的质量浓度越高;萃取相比相同时,随着均衡级数的增加,萃余相中环丁砜的质量浓度降低,但当均衡级数增加到一定水平,特别是萃取相比拟大时,均衡级数的增加对萃余相中环丁砜的质量浓度的影响不明显。均衡级数越多,则设备费用越高;萃取相比越大,萃取剂用量增大,则溶剂回收费用越高。因而,需求综合思索萃取相比战争衡级数对萃余相中环丁砜的质量浓度的影响,肯定最优的萃取均衡级数和萃取相比。如图3所示,满足工艺请求(萃余相中环丁砜的质量浓度小于50mg/L)时,增加萃取相比,均衡级数减少。萃取相比增加到1∶1以上时,均衡级数的降落幅度变小,即增大萃取剂用量对均衡级数的影响较小。因而,肯定萃取相比为1∶1,均衡级数为7级。

         

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          3.2 精馏塔的回流比和理论板数

         

          为满足精馏塔底馏出物环丁砜的纯度请求,设定塔顶馏出物中二氯甲烷和环丁砜的摩尔回收率分别为0.9990.0002,采用简捷法精馏设计模块(DSTWU)模仿计算回流比与理论板数的关系,如图4所示。当理论板数小于5时,回流比随理论板数的增加而疾速减小,回流比的减小可以有效降低塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷,但理论板数的增加会形成设备费用增大。当理论板数大于5时,回流比随理论板数的增加而降落的趋向变缓。综合思索,选择理论板数为5,回流比为0.1

         

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          3.3 精馏塔最佳进料位置

         

          采用严厉法精馏设计模块(RadFrac)模仿精馏塔,理论板数为5,回流比为0.1,塔顶采出率为0.949。应用灵活度剖析模块研讨进料位置对二氯甲烷质量分数和再沸器热负荷的影响。如图5所示,随着进料位置下移,塔顶馏出物中二氯甲烷的质量分数先是坚持根本不变,然后降低;精馏塔再沸器热负荷则先降低后升高,故进料位置选择第3块理论板。

         

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          3.4 精馏塔塔顶采出率

         

          采用严厉法精馏设计模块(RadFrac)模仿精馏塔,理论板数为5,回流比为0.1,进料位置为第3块理论板。应用灵活度剖析模块研讨塔顶采出率对别离结果和再沸器温度的影响。如图6所示,随着塔顶采出率的增大,塔顶馏出物中二氯甲烷的质量分数坚持在99.4%左右然后降低,塔底馏出物中环丁砜的质量分数增大至100%后坚持不变,再沸器温度则先迟缓上升,然后急剧升高。通常,环丁砜的运用温度不高于210℃,以防止环丁砜合成。综合思索别离结果和再沸器温度,选择适合的塔顶采出率为0.949。此时,再沸器温度为205.7℃,塔底环丁砜的质量分数为98.27%,到达聚芳醚生产的工艺请求。

         

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          3.5 萃取-精馏耦合工艺的优化结果

         

          采用前述模仿计算得到的优化操作条件(3),对图1所示的环丁砜废水处置的萃取-精馏耦合工艺停止全流程模仿,结果如表4和表5所示。模仿计算结果显现,处置100t/h环丁砜废水,萃取-精馏耦合工艺的再沸器热负荷为15.23MW。萃余相中水的质量分数为98.96%,环丁砜质量浓度为34mg/L。精馏塔塔底馏出物中环丁砜的质量分数为98.31%,环丁砜的回收率为99.95%。经萃取精馏耦合工艺处置后,环丁砜和水皆能够在聚芳醚树脂生产安装中循环运用。

         

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          3.6 萃取-精馏耦合工艺与四效蒸发工艺的比拟

         

          某公司聚芳醚树脂聚合安装目前采用四效蒸发工艺处置环丁砜废水,废水量为100t/h,各效压力分别为0.2MPa0.15MPa0.11MPa0.08MPa,应用闪蒸器模块(Flash2)树立四效蒸发工艺的模型。模仿结果标明四效蒸发工艺的热负荷为24.08MW,水相中水的质量分数为98.91%,环丁砜的质量分数为1.09%(质量浓度为10842mg/L,环丁砜流股中环丁砜的质量分数为97.76%,环丁砜的回收率为89.98%。本文提出的萃取-精馏耦合新工艺的热负荷仅为15.23MW,比四效蒸发工艺降低了约37%,而且环丁砜的回收率和纯度都更高。

         

          四、结论

         

          (1)提出了一种以二氯甲烷为萃取剂的处置环丁砜废水的萃取-精馏耦合新工艺,采用Aspen Plus软件停止流程模仿和优化,肯定了较适合的工艺条件:7级逆流萃取,萃取相比为1∶1,精馏塔的理论板数为5,进料位置为第3块理论板,回流比0.1,塔顶采出率为0.949

         

          (2)在优化的萃取-精馏耦合工艺条件下,萃取塔顶的水相中环丁砜浓度为34mg/L;精馏塔底馏出物中环丁砜的质量分数为98.31%,环丁砜的回收率为99.95%。处置后的水和环丁砜都到达了聚芳醚树脂生产过程循环运用的请求。而且,与四效蒸发工艺相比拟,萃取-精馏耦合新工艺的热负荷降低了约37%,具有很好的工业应用前景。

         


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