电解制己二腈分离流程的优化

电解制己二腈分离流程的优化

二次腈（adn）是一个无色、透明的油液体，有轻微的苦味，易于运输，具有毒性和耐腐蚀性。它与甲醇、乙醇和氯仿交织在一起，水、环己烷、乙醇、二硫化碳和氯仿碳很难溶合。己二腈加氢还原生成己二胺,己二胺与己二酸发生中和反应生成尼龙66盐,这是己二腈迄今为止最重要的工业用途。己二腈也可用于火箭燃料、电镀工业、洗涤添加剂和杀虫剂等发面。目前我国己二腈主要依赖进口,随着近年来我国尼龙66产业的快速发展,己二腈的需求量逐渐增大。大力发展己二腈工业,探讨己二腈的生产回收工艺对指导我国己二腈工艺开发有着重要意义。丙烯腈(AN)电解二聚法制己二腈的生产工艺是20世纪60年代由美国孟山都公司开发的,逐步从隔膜式电解法发展到无隔膜式电解法。与化学法相比,其优点有:通过电极电位控制反应历程;一般不产生有害的废气物料,有利于消除污染;常温常压下合成,反应条件温和,对设备材质要求不高且可提高目标反应的选择性等。在这些优势的基础上再辅以适合的工艺,必然可以减少成本来大力发展电解法进行己二腈的生产。奚俊等对电解液中丙烯腈的回收进行了分离模拟。到目前为止国内文献没有详细介绍丙烯腈电解液中关于己二腈的分离提纯工艺。本文采用PROⅡ模拟软件对己二腈生产分离流程进行了模拟优化,确定了回收流程的工艺参数,这对实现电解二聚法生产己二腈的分离工艺有着非常重要的理论和现实意义。1戊二腈同系物分离塔模拟流程如图1所示。进入高聚物分离塔的是己二腈、甲基戊二腈和高聚物的混合液,经过塔分离后,塔顶得到己二腈和甲基戊二腈,塔釜为高聚物。己二腈和甲基戊二腈在同系物分离塔中继续分离,得到符合纯度要求的己二腈。塔1中轻组分和重组分之间沸点差较大,容易实现分离。塔2中己二腈和甲基戊二腈沸点差较近难以分离。所以,本研究主要对同系物分离塔进行了模拟。设计要求同系物分离塔塔顶得到的甲基戊二腈质量分数大于96%,塔釜得到的己二腈质量分数大于99%。2nrtl方程模型的建立系统的相平衡关系是分离过程模拟计算的基础,所以,应根据体系的热力学平衡数据建立可靠的热力学模型。考虑该模拟系统中所涉及组分己二腈和甲基戊二腈的性质,为了准确地进行关联计算,可选用NRTL方程建立该体系的活度系数模型。NRTL方程是以威尔逊提出的局部组成概念为基础的活度系数方程,该模型能准确模拟非理想溶液的汽液平衡和液液平衡性质。实践证明用NRTL方程计算的结果与文献实验数据符合很好。其余物性的计算均采用PROⅡ软件中的常规方程。3分离效果的操作参数为了更好地实现己二腈和甲基戊二腈的分离,须对分离塔的工艺参数进行优化,得到适宜的操作条件。影响分离效果的主要操作参数有塔板数、回流比、冷凝温度和压力等。在进料量为101.5kg/h,压力为2.67kPa,进料温度为40℃,组成(质量分数)为己二腈98.45%、甲基戊二腈1.48%和水0.06%的情况下,通过模拟计算,对影响同系物分离塔的因素进行分析,得到了最佳工艺参数。3.1甲基戊二腈质量分数的影响因素塔板数与塔顶甲基戊二腈和塔釜ADN的质量分数的关系见图2。由图2可以看出,塔釜ADN的质量分数受塔板数的影响非常小,而且可以满足要求(达到了99.5%),回流比、冷凝温度和压力对其影响也比较小,所以在下面的图中不再表示,主要考虑各因素对塔顶甲基戊二腈的影响。从图2还可以看出,塔板数是影响塔顶甲基戊二腈质量分数的一个重要因素。当塔板数少于20块时,甲基戊二腈质量分数增长幅度较大。当塔板数大于20块时,其质量分数达到了96%以上。但随着塔板数的增加,设备成本也将相应增加,所以综合考虑确定塔板数为20。3.2回流比对甲基戊二腈质量分数的影响回流比对塔顶甲基戊二腈质量分数的影响如图3所示。从图3可以看出,回流比R<0.3时,塔顶甲基戊二腈质量分数随着回流比增大而增加;R>0.3时,塔顶馏出液中甲基戊二腈质量分数受回流比影响较小。同时随着回流比的增大,塔顶和塔釜的热负荷都会增加。综合考虑,为达到较好的技术经济指标,适宜的回流比为0.3。3.3冷凝器温度的影响冷凝温度对分离效果的影响如图4所示。从图4可以看出,随着冷凝温度的升高,塔顶甲基戊二腈的质量分数先增高后降低,当冷凝温度为60℃时,塔顶质量分数达到96%以上。而且冷凝温度过高会增加塔顶组分的挥发,冷凝温度过低会增加冷却水的成本。综合考虑,选择冷凝温度为60℃。3.4压力对甲基戊二腈质量分数的影响压力对分离效果的影响如图5所示。从图5可以看出,随着压力的升高,塔顶甲基戊二腈的质量分数先增加后减少,压力过低会则会大大增加减压的成本。综合考虑,选择压力为2.67kPa。3.5操作工艺设计在丙烯腈电解制己二腈工艺的基础上,通过工艺模拟定量分析了工艺参数对工艺过程的影响,并根据模拟结果确定比较合适的操作工艺参数,在此基础上,进行工艺设计。表1给出了模拟计算结果与实验结果的对比。由表1可以看出,模拟计算的结果与实验结果基本相符,因此在此模拟基础上改变相关参数后所得的结论具有一定的参考价值。4分离条件的确定通过用PROⅡ软件对己二腈和甲基戊二腈分离过程进行模拟与参数优化,考察了塔板数、回流比、冷凝温度和压力对分离效果的影响,