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《湘潭大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)》2014年第二期

1實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

在裝有冷凝回流裝置的三口燒瓶中加入一定量的環(huán)己烷氧化液與水［8］，恒溫80℃，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，倒入分液漏斗，靜置分層、分離，對(duì)油水兩相中的己二酸和環(huán)己基過(guò)氧化氫含量分別用酸堿滴定和碘量法進(jìn)行測(cè)定［9，10］，相平衡數(shù)據(jù)如表1所示．值得注意的是，隨著油水比的提高，水在環(huán)己烷氧化液中的溶解度不但沒(méi)有降低反而稍有所增加，這是因?yàn)殡S著油水比的提高，油水平衡時(shí)油相中己二酸濃度稍有增加，油相中己二酸的存在增加了水在環(huán)己烷氧化液中的溶解度的緣故．

2模擬計(jì)算

2．1熱力學(xué)模型

2．1．1熱力學(xué)模型參數(shù)回歸NRTL（Non－RandomTwoLiquids）模型是廣泛應(yīng)用在液液相平衡體系的活度系數(shù)模型，是由Renon在Guggenheim相似化學(xué)溶液理論以及scontt流體理論基礎(chǔ)上提出的非隨機(jī)雙液體模型［11］．該模型認(rèn)為組分?jǐn)?shù)為m的混合物的過(guò)量Gibbs自由能gE可用如下方程表示：對(duì)表1液液相平衡數(shù)據(jù)采用Britt－Luecke算法進(jìn)行進(jìn)行擬合，采用最小二乘法使方程式（7）中的目標(biāo)函數(shù)O．F．最小，從而得到NRTL模型參數(shù)，結(jié)果如表2所示．

2．1．2熱力學(xué)模型參數(shù)回歸結(jié)果分析將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸得到的己二酸、環(huán)己基過(guò)氧化氫、環(huán)己烷、水間NRTL模型的二元交互作用參數(shù)，對(duì)不同油水比的液液平衡進(jìn)行模擬計(jì)算，模型計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的相對(duì)均方根誤差與相對(duì)絕對(duì)誤差均小于1％，說(shuō)明回歸得到的參數(shù)準(zhǔn)確，模型計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的比較見(jiàn)圖1．

2．2工藝參數(shù)

工業(yè)填料塔采用萃取和反萃合二為一工藝，即環(huán)己烷氧化液自萃取段底部進(jìn)入，少量工藝水萃取劑自萃取段頂部進(jìn)入，兩相逆流萃取，萃余液進(jìn)入后續(xù)環(huán)己基過(guò)氧化氫堿分解工段；萃取液從萃取段低部進(jìn)入反萃段，與從反萃段底部來(lái)的反萃劑環(huán)己烷進(jìn)行逆流反萃，反萃液隨同環(huán)己烷氧化液進(jìn)入萃取段底部，水相己二酸去提濃精制，其進(jìn)料量及組成如表3所示．工業(yè)萃取塔運(yùn)行時(shí)的壓力為0．99MPa，溫度為80℃。

2．3模擬計(jì)算結(jié)果與討論

采用AspenPlus軟件中的Extract模塊對(duì)工業(yè)萃取塔填料高度、油水比進(jìn)行模擬計(jì)算，其中塔填料高度通過(guò)填料等板高度數(shù)即理論板數(shù)來(lái)確定．由于環(huán)己酮、環(huán)己醇在水中的溶解度低且易于被反萃入環(huán)己烷油相中可不與考慮，但環(huán)己基過(guò)氧化氫易溶于水且分解應(yīng)予考慮，故這里只考慮己二酸的萃取率和環(huán)己基過(guò)氧化氫的損失率問(wèn)題．

2．3．1等板填料高度的求取表4為工業(yè)填料塔（萃取反萃合二為一）運(yùn)行數(shù)據(jù)，表中油水比為萃取段油水比，反萃段油水比為1∶1．表4為工業(yè)萃取反萃合二為一填料塔的運(yùn)行數(shù)據(jù)，由于己二酸易溶于水而難溶于油，故己二酸萃取主要發(fā)生在萃取段，在反萃段己二酸反萃很?。ㄔ斠?jiàn)圖3）．假設(shè)反萃段理論板數(shù)為6，在進(jìn)料溫度80℃，環(huán)己烷氧化液、工藝水、環(huán)己烷的進(jìn)料量分別為200t／h、8t／h、8t／h時(shí)，考察萃取段不同填料高度（理論板數(shù)N）、不同油水比下己二酸的模擬萃取率變化，并與實(shí)際工業(yè)塔運(yùn)行結(jié)果比較，結(jié)果如圖2所示．由圖2可見(jiàn)，在油水比18～28范圍內(nèi)，當(dāng)工業(yè)填料塔萃取段模擬理論板數(shù)為4時(shí)，模擬萃取率與工業(yè)運(yùn)行結(jié)果相近．這說(shuō)明在當(dāng)前油水比操作范圍內(nèi)，工業(yè)填料塔萃取段模擬理論板數(shù)為4．另外當(dāng)萃取段理論板數(shù)為3或5時(shí)，模擬萃取率均低于或高于實(shí)際工業(yè)運(yùn)行結(jié)果，這說(shuō)明模擬理論板數(shù)變化趨勢(shì)合理．工業(yè)填料塔萃取段填料層高為5．2m，故可得萃取段填料等板高度為1．3m．反萃段填料高7．8m，剛好相當(dāng)于6塊理論板，故假設(shè)合理．

2．3．2理論板數(shù)對(duì)萃取率與反萃率的影響當(dāng)萃取溫度為80℃，環(huán)己烷氧化液、工藝水、環(huán)己烷的進(jìn)料量分別為200t／h、8t／h、8t／h時(shí)，對(duì)萃取段與反萃段理論板數(shù)（填料高度）對(duì)萃取率與反萃率的影響進(jìn)行了模擬計(jì)算，結(jié)果分別如圖3、圖4所示．由圖3可知，環(huán)己基過(guò)氧化氫萃取率隨理論板數(shù)（填料高度）增加基本不變，保持在5％，這說(shuō)明環(huán)己基過(guò)氧化氫在水中溶解度小，在萃取溫度下易被水萃取平衡；而己二酸萃取率隨理論板數(shù)（填料高度）而增加，當(dāng)理論板數(shù)從2增至10時(shí)，萃取率從62％增至最大萃取率83％，當(dāng)理論板數(shù)大于6時(shí)，己二酸萃取率達(dá)78％，這時(shí)再提高理論板數(shù)，萃取率增加甚微．考慮到設(shè)備大小與填料成本，萃取段理論板數(shù)為4～6比較合適，即填料層高度在5．2～7．8m，這時(shí)候萃取率在73％～78％之間，工業(yè)萃取塔萃取段為5．2m，具有一定合理性．由圖4可知，己二酸反萃率隨理論板數(shù)（填料高度）增加基本不變，保持在7％左右，這說(shuō)明己二酸在環(huán)己烷中溶解度小，萃取溫度下易被環(huán)己烷達(dá)萃取平衡；而環(huán)己基過(guò)氧化氫反萃率隨理論板數(shù)（填料高度）增加而增加，當(dāng)理論板數(shù)從2增至12時(shí)，反萃率從70％增至最大反萃率94％，反萃段理論塔板數(shù)在6～8時(shí)，反萃率在88％～92％范圍內(nèi)，這時(shí)再提高理論塔板數(shù)反萃效果增加甚微．考慮到設(shè)備投資成本，工業(yè)塔反萃段為8m即6塊理論板，具有一定合理性．

2．3．3油水比對(duì)萃取率與反萃率的影響當(dāng)萃取工藝水用量越多時(shí)，對(duì)萃取出環(huán)己烷氧化液中己二酸越有利，但同時(shí)也會(huì)萃取出環(huán)己基過(guò)氧化氫等其他有機(jī)產(chǎn)物．當(dāng)工藝水加入量大于8t／h時(shí)，氧化液帶水嚴(yán)重，故將工藝水進(jìn)料量限定為8t／h．在溫度為80℃、萃取段和反萃段的理論板數(shù)為4和6時(shí)，分別對(duì)萃取段和反萃段油水比進(jìn)行模擬計(jì)算，結(jié)果如圖5、圖6所示．由圖5可知，己二酸與環(huán)己基過(guò)氧化氫萃取率均隨萃取油水比的提高而減少，因此為了盡可能多地萃取出己二酸又減少環(huán)己基過(guò)氧化氫的萃取，萃取油水比為20比較合適，這時(shí)己二酸萃取率為88％，環(huán)己基過(guò)氧化氫萃取率為5％．由圖6可知，環(huán)己基過(guò)氧化氫與己二酸反萃率均隨萃取油水比的提高而增加，因此為了盡可能多地反萃出環(huán)己基過(guò)氧化氫又減少己二酸的反萃，反萃油水比在1．5比較合適，這時(shí)環(huán)己基過(guò)氧化氫反萃率為93％，而己二酸反萃率為7％．綜上，對(duì)工業(yè)萃取與反萃合二為一填料塔，己二酸總的萃取率為88％＊（1－7％）＝82％，環(huán)己基過(guò)氧化氫損失率為5％＊（1－93％）＝0．35％．

3結(jié)論

通過(guò)環(huán)己烷氧化液－水相平衡實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸得到AspenPlus軟件數(shù)據(jù)庫(kù)缺少的己二酸、環(huán)己基過(guò)氧化氫、環(huán)己烷、水間NRTL模型二元交互作用參數(shù)，運(yùn)用AspenPlus軟件求得工業(yè)萃取反萃合二為一填料塔等板高度為1．3m．分別就萃取段和反萃段填料高度、油水比對(duì)己二酸萃取率、環(huán)己基過(guò)氧化氫反萃率的影響進(jìn)行了模擬計(jì)算，當(dāng)萃取段與反萃段油水比分別為20和1．5時(shí)，己二酸萃取率與環(huán)己基過(guò)氧化氫損失分別為82％和0．35％，這為工業(yè)操作提供了參考方案．

作者：劉躍進(jìn)彭學(xué)吳志民王軍單位：湘潭大學(xué)化工學(xué)院