叔丁醇-二甲苯混合蒸汽的精馏过程模拟与优化

要鑫伟，徐志伟，张 微，王海英，韩素娟，曹 梅，张 奇

(河北冠龙农化有限公司，河北 衡水 053000)

烯酰吗啉是一类较理想的专一杀卵菌纲真菌的吗啉类高效杀菌剂，对霜霉菌、疫霉菌等真菌特别有效，在葡萄、马铃薯和番茄等作物中具有用量少、持续期长、使用安全等特点，具有很好的市场前景[1-2]。

在烯酰吗啉的生产过程中，会副产一定量的混有二甲苯的叔丁醇蒸汽[3-4]。将其全部冷却收集后再精馏分离，不仅浪费了大量的汽化潜热，而且由于溶剂未能及时回流，需要额外补加新鲜的的二甲苯，造成工艺复杂。将混合蒸汽直接进入精馏塔分离，塔底的二甲苯全部返回至烯酰吗啉合成釜中，塔顶采出纯净的叔丁醇，简化了设备又节约了能耗[5-7]。

笔者以叔丁醇含量为70%的混合蒸汽为起始物料，分析了理论塔板数、进料口位置、回流比对分离效果的影响，优选了工艺条件，为工艺设计提供了参考。

1 模拟部分

1.1 热力学模型的选择

分别以NRTL、UNIQUAC两种热力学模型模拟了叔丁醇-二甲苯的二元物系的气液平衡数据，并与实际测量值进行了比对，结果如表1所示(以叔丁醇计)。

表1 叔丁醇含量的模拟值和测量值对比

两个热力学模型与实际测量值的偏差都不大，都可以用作精馏过程模拟，相比之下，NRTL模型的数据偏差更小，因此选择NRTL模型进行精馏工艺模拟。

1.2 理论塔板数的影响

通过采用图解法计算，得到99.5%以上的叔丁醇钠和二甲苯，所需的最小回流比为0.5，最小理论板数为精馏段4块，提馏段3块，在此基础上，先确定回流比为1，模拟了精馏段和提馏段理论板数对分离效果的影响，结果如表2 所示。

表2 理论板数的影响

回流比为1的情况下，当理论板数低于11块时，塔顶和塔底不能同时采出含量超过99.5%的产品，提高回流比虽然能提高含量，但能耗增加，不适合工业生产。因此理论板数为11块及以上，进料位置为第7～8块。

1.3 回流比的影响

回流比的大小决定了精馏过程的能耗，当理论板数能满足精馏需求，保证物料含量的情况下，适当降低回流比，能降低精馏过程的能耗，模拟了理论塔板数为11～13块，进料口位于第8块塔板时，回流比对分离效果的影响。如表3所示。

表3 回流比的影响

当回流比为0.7时，即使理论板数增至15块，仍不能得到99.5%以上的馏分，继续增加理论板数，会导致设备费用的增加，且效果不明显。所以最适宜的回流比为0.8，理论塔板数为13块，进料口在第8块，此时叔丁醇含量为99.8%，二甲苯含量99.5%。

1.4 分布情况

在优选的工艺条件下，模拟了13块塔板各处的温度和液相组成分布情况，结果如表4所示。

表4 各级塔板处的温度和组成

通过模拟各级塔板处的温度、组成的数据，对工业生产过程提供了参考数据。工业上副产的混合蒸汽并不是稳态的气流，根据气流的变化，具体操作步骤应适当调整。

1.5 能耗比较

在选定的工艺条件下，模拟了进料量为100 kg/h时的能耗情况，混合气体进料时再沸器的热负荷仅为3.6 kW，原料的进料状态为30 ℃混合液体时显示再沸器的热负荷为23.75 kW。混合气体直接精馏，节约了大量汽化潜热和一部分显热，能耗降低了84.8%。

2 结 论

(1)叔丁醇-二甲苯二院物系的气液平衡适合NRTL热力学模型。

(2)直接精馏混合气体，能够得到含量高于99.5%的叔丁醇和二甲苯产品。优化的工艺条件为理论塔板数为13块，进料口位于第8块塔板气相部分，回流比为0.8，在此工艺条件下，塔顶温度为82 ℃，塔顶叔丁醇含量为99.8%，塔底温度为137 ℃，二甲苯含量为99.5%。

(3)混合气体直接精馏工艺比冷却收集后再精馏的传统工艺能耗降低了84.8%。