一种五氟丙烷废气处理工艺仿真设计

程潮

摘 要：某物料微波膨胀系统采用五氟丙烷作为浸渍介质并采用微波进行膨胀，生产过程中产生含五氟丙烷的尾气。文章采用吸收-解吸工艺对尾气进行处理，针对设计工况采用ASPEN PLUS软件进行了仿真模拟，并对比分析了乙醇、苯甲酸甲酯和苯甲酸乙酯三种吸收液的吸收效果，结果如下：采用吸收-解吸工艺对该系统尾气进行处理，可以有效将尾气中的有机介质降低至0.5%以下进行排放，三种吸收液中乙醇吸收效果最好，吸收效果排名依次為乙醇、苯甲酸甲酯和苯甲酸乙酯。

关键词：尾气处理；吸收法；五氟丙烷；乙醇；苯甲酸甲酯；苯甲酸乙酯

中图分类号：X701 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）09-0081-02

Abstract： In a material microwave expansion system， pentafluoropropane was used as impregnation medium and microwave was used to expand， and the tail gas containing pentafluoropropane was produced in the process of production. In this paper， the exhaust gas is treated by absorption-desorption process， and ASPEN PLUS software is used to simulate the design condition. The absorption effects of ethanol， methyl benzoate and ethyl benzoate were compared and analyzed. The results were as follows： the exhaust gas of the system was treated by absorption-desorption process. The organic medium in the exhaust gas can be effectively reduced to less than 0.5% for discharge. Ethanol absorption efficiency is the best in the three absorbents， and the order of absorption effect is ethanol， methyl benzoate and ethyl benzoate.

Keywords： exhaust gas treatment； absorption method； pentafluoropropane； ethanol； methyl benzoate； ethyl benzoate

1 概述

某微波膨胀系统使用自主研发的浸渍介质对物料浸渍，然后采用微波进行膨胀处理，浸渍介质的主要成分为五氟丙烷。在工艺过程中，浸渍入物料的介质经过微波加热蒸发与空气混合形成有机氛围蒸汽，该混合气体直接排放会对大气环境造成污染。目前，虽然国标GB 16297-1996《大气污染物综合排放标准》[1]没有对五氟丙烷类介质的排放值作出限定。但是，过量地吸入该介质对人体是有危害的。另一方面，经测算该系统的运行成本的80%来源于介质消耗，过高的介质消耗影响了设备的经济运行水平和推广应用。从环保和经济两方面来看，对尾气中的五氟丙烷介质进行回收处理都是非常必要的。

工业上有机蒸汽的回收与控制一般采用有压缩冷凝法，吸收法和吸附法等。五氟丙烷沸点较低（14℃），压缩冷凝法很难达到较低的排放浓度。吸附法适用于低介质浓度（<1%）的回收利用，SP32系统内介质浓度较高（>10%），不适于其介质的回收利用[2，3]。吸收法具有处理量大，可处理较高浓度介质气体的特点[4，5]。因此，本文采用数值模拟方法，对系统采用吸收法进行尾气处理进行仿真设计，并选取不同的吸收液进行对比分析，以期达到系统低浓度排放和介质循环利用的目的，提高系统的环保性和经济性。

2 系统简介

在该微波膨胀系统中，物料在浸渍了介质以后进入微波腔，在接受微波照射时发生膨胀，同时释放出大量的介质气体（主成分：五氟丙烷）和水蒸气。为了避免水蒸气在微波腔内凝结为液态水，影响微波加热的效果，在微波腔的侧壁设置了三个抽空口，由1000m3/h风机将微波腔内的介质气、水蒸气与空气一齐抽走。风机后端接一座喷淋冷却塔，用7℃冷却水将将混合气冷却到10℃左右直接排空，如图1所示。排空的尾气以空气为主，含有少量的介质气，经色谱分析，其中介质的体积浓度约为10%。

3 数值模拟设置

本项目采用Aspen Plus 8.6软件对采用吸收法处理排放尾气的工艺过程进行仿真模拟，考察不同吸收工艺条件下的介质回收效果，为吸收工艺设备的设计选型提供技术依据。

3.1 模拟模型

本文采用ASPEN构建了系统尾气吸收-解吸处理的模拟流程，如图2所示。从系统抽吸来的尾气首先送入吸收塔T101，经过吸收后的乏介质气体经过塔顶排空，塔底富含介质气体的吸收液送入解吸塔T102，在解吸塔T102中经过精馏完成解吸，高纯度介质气体从塔顶馏出，吸收塔从塔底馏出循环使用。

3.2 边界条件

尾气流股条件见表1：

3.3 吸收液选择

本文选取了三种吸收液，分别为乙醇（CAS号：64-17-5）、苯甲酸甲酯（CAS号：93-58-3）和苯甲酸乙酯（93-98-0）。

4 计算结果与讨论

分别采用苯甲酸甲酯、苯甲酸乙酯和乙醇三种吸收液开展了仿真模拟，通过设计规定确定：乏气中五氟丙烷低于0.5%时，三种吸收液的吸收塔和解吸塔仿真结果见表2。

从表2中可以看出，从吸收液流量分析，采用乙醇作为吸收液，其吸收液用量显著小于苯甲酸甲酯和苯甲酸乙酯，从而造成其吸收塔和解吸塔直径均小于苯甲酸甲酯和苯甲酸乙酯。从吸收液用量和吸收效果角度考虑，适宜的吸收液排名为乙醇、苯甲酸甲酯和苯甲酸乙酯。

5 结束语

本文采用ASPEN PLUS 软件对某系统尾气的吸收回收进行了仿真模拟，并对三种不同的吸收液进行了对比分析，结论如下：

（1）采用吸收-解吸工艺对某系统尾气进行处理，其工艺上是可行的，可以有效将系统尾气中的有机介质降低至0.5%以下进行排放，可以提高系统的环保性，并实现介质循环利用。

（2）对比三种吸收液，乙醇作为吸收液，其吸收液用量和吸收效果明显优于苯甲酸甲酯和苯甲酸乙酯，适宜的吸收液排名为乙醇、苯甲酸甲酯和苯甲酸乙酯。

参考文献：

[1]GB 16297-1996大气污染物综合排放标准[S].中国标准出版社，1996.

[2]Wen-Tien Tsai， Horng-Ping Chen， Wu-Yuan Hsien. A review of uses， environmental hazards and recovery/recycle technologies of perfluorocarbons （PFCs） emissions from the semiconductor manufacturing processes[J]. Journal of Loss Prevention in the Process Industries， 2002，15（2）：65-75.

[3]李明哲，黄正宏，康飞宇.挥发性有机物的控制技术进展[J].2015，32（03）：2-9.

[4]林雪.制冷系统乙烯回收工艺的优化设计与安全分析[D].大连理工大学，2015.

[5]安润涛.丙烯腈装置吸收塔尾气处理技术应用研究[D].东北石油大学，2015.