Aspen Plus模拟BDO装置的轻组分替代物选择研究

党慧娟， 刘绍波， 贾兴龙， 郭文倩

(1.新疆国泰新华化工有限责任公司，新疆 昌吉 831700) (2.山西阳煤化工工程有限公司，山西 太原 030021)

根据目前BDO的生产工艺，丁炔二醇在低压加氢反应后主要产物是BDO[1-2]，根据实验室分析试验结果得到其组分主要为水、1,4-丁二醇、1,4-丁烯二醇、正丁醇、四氢呋喃、轻组分和重组分，其中，轻组分和重组分是由多种物质组成，含量极少，且轻组分和重组分是由多种不明成分组成的混合物，在Aspen模拟中只能选择用类似性质的纯组分物质来替代，因此，选择哪种物质成为重点和难点。本文对轻组分替代物的选择进行研究。

1 实验部分

1.1 测量密度

1) 规范性引用文件

GB/T 4472—1984化工产品密度、相对密度测定通则。

2) 范围

该方法适用于各装置液体样品密度的测定。

3) 定义

物质的密度系指20 ℃时单位体积物质的质量[3]，单位为g/mL。相对密度是指在20 ℃时，样品的质量与同体积的纯水在4 ℃时的质量之比，用d420表示。

4) 仪器

密度仪：梅特勒-托利多密度仪DE40；注射器；废液接收瓶。

5) 测定步骤

打开仪器电源，选择待测试样所需温度，待温度稳定后，用注射器抽取适量试样在仪器进样口推入，在测量槽窗口观察无气泡后，按测量键开始测定试样密度。待试样温度稳定到与设定温度一致后，仪器液晶显示器上的密度值不再发生变化，此值即为该试样在该温度下的密度值。测量结束后，用丙酮溶液将测量槽冲洗干净，并用空气泵将测量槽吹干等待下次测量。

6) 实验结果

由仪器液晶显示器可直接读出试样密度，为0.85 g/cm3。

1.2 测量黏度

1) 原理

黏度系指流体对流动的阻抗能力[3-4]，一般用动力黏度、运动黏度或特性黏度(主要指高聚物)表示。测定样品的黏度可用于纯度检查、相对分子质量判定等[5]。黏度与温度有重要的关系，但总体上，温度升高，黏度减小。

2) 仪器

恒温水浴TAMSON；黏度计Cannon capillary No.450；温度计；秒表。

3) 实验步骤

①使用甲醇溶剂清理黏度计，然后干燥，并用过滤后的空气除去溶剂痕迹；

②用洗耳球将待测轻组分从黏度管的A口吸入至刻度E处，然后将黏度管迅速正立，用滤纸将黏度管口的物料擦拭干净；

③将黏度管夹在黏度管架上，置于(20±0.01) ℃的恒温水浴中。20 min后，用洗耳球将待测样品从A口吸入至刻线C以上2 mm～3 mm，再放置20 min；

④用洗耳球将待测样品从A口吸入至刻线C以上2 mm～3 mm。等待测液体流过刻线C时，记下液体从刻线C到刻线E所需的时间t(s)；

刻线C到刻线E所用的时间为0.398 mm2/s。

⑤ 试验结果

η=0.85×0.398=0.338 3 mPa·s

式中：η为试样动力黏度，mPa·s；ν为试样运动黏度，mm2/s；ρ为与测量运动黏度相同温度下试样的密度，g/cm3。

1.3 测量沸点

1) 测量原理

通过对待测样品的加热，实时测量温度，等到样品加热至沸腾，即为样品的沸点。可测定沸点范围约在10 ℃～480 ℃。

2) 仪器

16 mm冷凝管夹；300 mm冷凝管(水冷)；温度计套管；加热电炉(1000 kW～2000 kW，非密闭环境最高加热温度至500 ℃)；塑料管；量筒(100 mL)、双颈圆底烧瓶(250 mL)；温度计(范围0 ℃～500 ℃，刻度单位0.2 ℃)；烧瓶夹；铁架台。

3) 操作步骤

用量筒将大约100 mL待测样品倒入到圆底烧瓶中，将5粒左右沸石放入圆底烧瓶中，将冷凝管直立安装在圆底烧瓶上，且使用蒸馏瓶夹固定住。将温度计安装在温度计套管中，并将其安装在圆底烧瓶上。保证温度计液泡部分在液面以下。将连接在冷凝管底下的塑料管子连接到自来水管上，将连接在冷凝管上部的塑料管子通入实验室的水槽，打开水龙头，确认有水流通过冷凝管。打开加热电炉开关，将待测样品加热20 min，每分钟读取一次温度计读数。当温度计读数已经恒定(±0.1 ℃)，记录温度。如果温度不是恒定的，继续加热直到获得稳定的温度读数。

根据以上操作步骤，连续操作13 min，读取数据并作图，详见图1。

根据图1可以得到轻组分的沸点为52.83 ℃。

2 轻组分替代物的选择

根据轻组分沸点测量结果(52.83 ℃)，因此轻组分可以从沸点为50 ℃～60 ℃的物质中选择。

利用Aspen输入组分的查找功能，根据沸点条件进行查找，输入沸点区域为50 ℃～60 ℃，结合实际生产经验，从中选择3种纯物质来替代轻组分，即烯醛、乙二醛和丙酮，详见图2。

图1 沸点测试温度变化趋势图

图2 轻组分替代物选择

利用Aspen Plus中物性分析功能，获得以上3种物质在标准大气压下、温度为20 ℃时的黏度与密度，详见表1。

表1 轻组分备选替代物性质

将实验得到的轻组分的密度和黏度与表1三种纯物质的密度、黏度分别作比较发现，轻组分的性质与丙烯醛比较接近，因此选择性质最为接近的丙烯醛作为轻组分的替代物。

3 结论

通过对BDO中轻组分的密度、黏度和沸点进行实验，测得其密度为0.85 g/cm3，黏度为0.338 3 mPa·s，沸点为52.83 ℃。然后通过Aspen的物性分析功能，选出3种与轻组分沸点接近的物质，分别为丙烯醛、乙二醛和丙酮，比较以上3种物质与实验得到轻组分的密度和黏度，得到丙烯醛与轻组分的密度和黏度最接近。