具有最低共沸点难分离物系变压精馏分离

纪智玲，王志恒，廖丽华，李文秀，张志刚，于三三，范俊刚，李双明

（1沈阳化工大学辽宁省化工分离技术重点实验室，辽宁 沈阳100142；2中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，北京100013）

苯催化加氢制环己烷过程中，需要去除产物中的过量的苯。由于苯和环己烷在全组成范围内组分相对挥发度接近于1，并具有最低共沸点，采用普通精馏无法将其分离。在化工和制药行业中，四氢呋喃和乙醇物系存在着类似的问题。工业上渴望寻找一种有效的方法分离该类具有最低共沸点的难分离混合物。

具有最低共沸点的难分离混合物，可以采用恒沸精馏、萃取精馏、加盐精馏等［1－6］特殊精馏方法。但与之相比，变压精馏更具有工艺简单、不引入杂质以及节约能耗等独特优点［7－10］。

本文应用Aspen Plus模拟软件［11］，依据体系气液平衡数据［12］研究该类具有最低共沸点的二元共沸物系变压分离的可行性，模拟结果表明变压精馏能将共沸组分较好的进行分离。

1 变压精馏原理

变压精馏是利用二元混合物系对拉乌尔定律产生偏差的特点，改变压力可以打破常压下形成的二元共沸点或改变其共沸组成，通过精馏可以在塔顶或者塔底得到一个高纯度组分。

1.1 四氢呋喃与乙醇汽液相平衡数据

从图1中可以看出，常压下四氢呋喃－乙醇的共沸组成为四氢呋喃为90%、乙醇为10%。随着压力的增加，四氢呋喃在液相中的含量减少，较大程度地改变了其常压下共沸点，形成了新的共沸组成，如 图2所 示。当 压 力 为8atm（1atm＝101325Pa）时，物系共沸组成为四氢呋喃的为35%；乙醇为65%。由于常压条件下共沸组成点位于高压条件下共沸组成点的右侧，因此在常压条件下在接近高压共沸组成时进料，塔顶可以得到常压条件下的共沸物，塔底可以得到高纯度的乙醇产品；常压塔塔顶的共沸物在高压条件下精馏，塔底则可以得到高纯度的四氢呋喃产品，塔顶物料可以返回常压塔继续精馏。因此通过两塔变压精馏操作流程可得到较高纯度的四氢呋喃与乙醇产品。

图1 1atm压力下四氢呋喃－乙醇t－xy相

图2 8atm压力下四氢呋喃－乙醇t－xy相图

1.2 四氢呋喃－乙醇变压精馏流程

四氢呋喃－乙醇变压精馏模拟流程见图3。

图3 四氢呋喃－乙醇变压精馏模拟流程（1为原料溶液，3为乙醇，4为四氢呋喃，B1为常压塔，B2为高压塔）

1.3 苯与环己烷不同压力下气液平衡数据

比较图4与图5可知，在1tam条件下，苯－环己烷共沸组成为苯55%、环己烷45%。随着压力的增加苯在液相中的含量增加，高压下的共沸点略有改变其共沸组成如图5所示。压力为8atm下共沸组成为苯60%、环己烷40%。由此可见，压力的变化对苯与环己烷的汽液相平衡影响较小，且随着压力的增加其相对挥发度减少。因此苯与环己烷不适合用变压精馏来分离。

图4 1atm压力下苯－环己烷t－xy相图

图 5 8atm压力下苯-环己烷t-xy相图

2 常压－高压塔分离四氢呋喃与乙醇模拟结果

假设原料进料组成含有50%的四氢呋喃、50%的乙醇，流量为100kmol／h，分离要求得到纯度大于99.5%的四氢呋喃与99.5%乙醇。模拟结果如表1、表2所示。

表1 四氢呋喃－乙醇变压精馏流程模拟计算结果

表2 四氢呋喃－乙醇变压精馏双塔流程操作参数优化模拟

3 结 论

（1）由汽液相平衡数据分析可知，变压精馏对于四氢呋喃－乙醇二元共沸物系可以较好地实现分离，在塔底分别得到纯度高于99.5%的四氢呋喃和乙醇产品；对于苯－环己烷二元共沸物系而言，变压精馏方法不是特别适用。

（2）应用Aspen Plus模拟软件对变压精馏分离四氢呋喃与乙醇共沸物系工艺流程进行研究，得到最佳工艺操作参数。

（3）分析及模拟过程对该类具有最低共沸点二元难分离物系的分离提纯提出了一种新分离思路及可行性判别方法，对共沸物系分离工艺设计和现有装置改造具有重要的指导意义。

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