賈鵬飛，唐恒丹，梁定球,王吉紅，曾愛武（.天津天大天久科技股份有限公司，天津0007；.廣州赫爾普化工有限公司，廣州5075；.天津大學(xué)化學(xué)工程聯(lián)合國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津0007）

高純度正己烷的生產(chǎn)工藝

賈鵬飛1，唐恒丹1，梁定球2,王吉紅1，曾愛武3
（1.天津天大天久科技股份有限公司，天津300072；2.廣州赫爾普化工有限公司，廣州510725；3.天津大學(xué)化學(xué)工程聯(lián)合國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300072）

在測定氣液相平衡基礎(chǔ)上，回歸了熱力學(xué)方程的二元交互作用參數(shù)，再通過工程模擬軟件進(jìn)行了模擬計(jì)算。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，表明這條路線是可行的。最后以抽提溶劑油作為原料，進(jìn)行了萃取精餾過程的工藝模擬計(jì)算。根據(jù)工藝計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行了精餾塔的水力學(xué)核算，設(shè)計(jì)出生產(chǎn)高純度正己烷的工業(yè)化裝置，并確保了精餾塔的分離效果達(dá)到了廠方的要求。該設(shè)計(jì)采用了高效規(guī)整填料與新型塔內(nèi)件，使整塔壓降控制在合理范圍之內(nèi),并且保證了液體分布的均勻程度。

正己烷；甲基環(huán)戊烷；萃取劑；萃取精餾

1 前言

正己烷是重要的化工原料和溶劑，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、化工分析和化工生產(chǎn)行業(yè)。由于抽余油原料中的組分復(fù)雜，不同工廠的原料中各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化很大，同時(shí)考慮到正己烷和甲基環(huán)戊烷的相對揮發(fā)度很小，采用普通精餾技術(shù)很難得到高純度的正己烷，因此我們確定了先濃縮出正己烷與甲基環(huán)戊烷，再進(jìn)行萃取精餾的工藝路線。

某廠生產(chǎn)溶劑油，擬采用該溶劑油作為原料生產(chǎn)高純度正己烷。該溶劑油原料組成見表1。

表1 原料中主要組分的組成

2設(shè)計(jì)要求

廠方根據(jù)市場及自身需求，提出了對正己烷的純度要求。工業(yè)化生產(chǎn)工藝最終確定為連續(xù)送入脫輕塔內(nèi)，由脫輕塔塔頂采出沸點(diǎn)較低的組分,塔釜剩余物料送入萃取精餾塔中部進(jìn)行分離，萃取劑由塔的中上部進(jìn)入,塔頂?shù)玫疆a(chǎn)品正己烷,塔釜采出物料送入萃取劑回收塔進(jìn)行再生處理，再生后的萃取劑循環(huán)回萃取精餾塔。設(shè)計(jì)的工藝流程見圖1，設(shè)計(jì)要求見表2。

圖1 高純度正己烷分離工藝流程

表2 工藝流程設(shè)計(jì)要求

3工藝模擬計(jì)算及設(shè)計(jì)方案

進(jìn)行工藝裝置設(shè)計(jì)之前,需要通過工藝流程模擬計(jì)算確定該工藝路線的可行性。該分離過程中的原料中的關(guān)鍵組分與萃取劑在工程模擬軟件中缺少可靠的相平衡數(shù)據(jù)，因此前期我們測定了關(guān)鍵組分正己烷、甲基環(huán)戊烷與萃取劑的相平衡數(shù)據(jù)，并回歸出交互作用參數(shù)[1]。以此數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，采用工程模擬軟件進(jìn)行了模擬計(jì)算。

根據(jù)模擬計(jì)算的情況,確定如下設(shè)計(jì)方案:采用三個(gè)精餾塔來完成生產(chǎn)任務(wù)，通過第一個(gè)精餾塔去除輕雜質(zhì)后，分別由萃取精餾塔的塔頂采出合格的正己烷，由萃取劑回收塔塔底得到再生的萃取劑。并且將T103塔的塔底采出物料用來加熱T101塔底物料，然后再去預(yù)熱原料，節(jié)省了一部分加熱量。

選擇高效填料DZ型填料作為氣液接觸傳質(zhì)的分離元件。DZ型高效填料與傳統(tǒng)填料相比,主要特點(diǎn)在于其表面經(jīng)過了機(jī)械處理。填料經(jīng)表面處理后,比表面積增加3%左右,空隙率達(dá)到97%以上,液體分布在填料表面以后更容易形成均勻的液膜,而同時(shí)氣體經(jīng)過其表面時(shí)湍動(dòng)更為強(qiáng)烈,增強(qiáng)了傳質(zhì)傳熱的功能。DZ型填料的另外一個(gè)特點(diǎn)是，操作壓降低，每米填料的壓降可以低至50Pa以下。塔內(nèi)件設(shè)計(jì)過程還選用了高通量、低壓降的槽式液體分布器，填料段之間的液體收集器采用了百葉窗式液體收集器。實(shí)踐表明，塔內(nèi)件及填料的壓降均控制在了合理范圍，有效降低了萃取劑的熱敏程度，滿足了對萃取劑的損失率要求。

設(shè)計(jì)的工藝流程如圖1所示,通過上述設(shè)計(jì),利用三塔流程即可滿足生產(chǎn)需求,該裝置生產(chǎn)能力為：每小時(shí)處理原料1200kg。有關(guān)產(chǎn)品的模擬計(jì)算結(jié)果見表3。采用新型DZ型高效填料進(jìn)行了相關(guān)流體力學(xué)核算,結(jié)果如表4所示。

4實(shí)際運(yùn)行狀況

新裝置于2014年6月開始投料試運(yùn)行,經(jīng)72 h的滿負(fù)荷連續(xù)生產(chǎn),產(chǎn)品質(zhì)量全部達(dá)到要求,產(chǎn)品正己烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到98%以上。兩塔塔頂、塔底溫度及壓力值同模擬計(jì)算結(jié)果有一些差別,但是基本是在可以預(yù)見的范圍之內(nèi)?，F(xiàn)場原料的組成有一定波動(dòng)以及廠房根據(jù)市場需求做出一些生產(chǎn)上的調(diào)整，都會(huì)導(dǎo)致計(jì)算溫度與實(shí)際操作溫度的區(qū)別。

表3 工藝流程中各塔的設(shè)計(jì)參數(shù)

表4 工藝流程中各塔流體力學(xué)核算結(jié)果

表5中的參數(shù)取自較為穩(wěn)定工況時(shí)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，但是實(shí)際操作壓力也有一定波動(dòng)。對比這些參數(shù)，表明工程設(shè)計(jì)是成功的。最終，該套生產(chǎn)裝置一次性開車成功，產(chǎn)品達(dá)到了預(yù)期的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與收率。

表5 工藝流程1中各塔的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)

5 結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)室里的小試實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了萃取精餾生產(chǎn)高純度正己烷的可行性，同時(shí)也驗(yàn)證了先前通過氣液相平衡回歸的熱力學(xué)交互作用參數(shù)，為以后工業(yè)化放大奠定了基礎(chǔ)。生產(chǎn)裝置開車以后，將實(shí)際生產(chǎn)得到的生產(chǎn)參數(shù)和設(shè)計(jì)初始的工藝模擬結(jié)果進(jìn)行對比后,可以認(rèn)為初始設(shè)計(jì)時(shí)對整個(gè)精餾流程的工藝模擬計(jì)算是比較準(zhǔn)確的。通過工藝優(yōu)化，生產(chǎn)裝置使用了高效填料塔技術(shù)及塔內(nèi)件技術(shù),使得該精餾裝置設(shè)計(jì)合理,運(yùn)行平穩(wěn),同時(shí)裝置處理能力達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。實(shí)踐證明：該設(shè)計(jì)保證了產(chǎn)品收率，且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、塔壓降控制在了合理的范圍。2014年6月開車至今，該精餾系統(tǒng)一直運(yùn)行正常。

［1］馬沛生.化工熱力學(xué).第1版.化學(xué)工業(yè)出版社，2005.74-123.

10.3969/j.issn.1008-1267.2016.02.013

TQ221.1+6

B

1008-1267（2016）02-0040-02

2015-11-06

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