苯酚丙酮裝置苯酚萃取工藝的模擬與優(yōu)化研究

胡春福，陳熙連，李旭林，毛乾平，陳 剛

(中國石油吉林石化公司 染料廠，吉林 吉林 132021)

化工及環(huán)境保護等諸多領(lǐng)域中，都不可避免地需要對各種各樣的混合物進行分離[1]。一般認為揮發(fā)度<1.05的物系或沸點差<3 ℃ 的物系，用普通的精餾方法進行分離在經(jīng)濟上是不適宜的[2]。對于這類物系，可以采用萃取精餾方法，即向待分離物系中加入第3種組分(稱為溶劑)，增大組分間的揮發(fā)性差異，從而達到分離的目的[3]。

吉林石化公司染料廠苯酚丙酮裝置是吉化30萬t乙烯工程的主要配套裝置之一，現(xiàn)苯酚丙酮裝置產(chǎn)苯酚8.4萬t/a、產(chǎn)丙酮5.1萬t/a[4]，作者通過對苯酚丙酮裝置含酚廢水萃取工藝進行優(yōu)化，調(diào)整萃取塔相關(guān)參數(shù)，優(yōu)化運行數(shù)據(jù)，使優(yōu)化后所產(chǎn)生的廢水含量符合國家排放標準。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

異丙苯、α-甲基苯甲醇、2-苯基-2-丙醇、二氯甲烷、苯酚：色譜純，無水硫酸鈉：分析純，均為市售。

QP2010SE氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用、SPD-20A高效液相色譜：日本島津公司。

1.2 標準溶液的配制

分別量取一定量的異丙苯、苯酚、甲基苯甲醇、2-苯基-2-丙醇的標準試樣，置于已加入少量乙腈溶劑的100 mL容量瓶中，待標準試樣完全溶解后，定容配制質(zhì)量濃度為1.0 g/L的單標儲備液，備用。采用逐級稀釋法配制不同質(zhì)量濃度的系列標準混合溶液。

1.3 測試儀器的操作條件

氣相色譜/質(zhì)譜條件,RTX-5MS型色譜柱(30 m×250 μm×0.25 μm)，載氣為體積分數(shù)99.99%高純氦氣，進樣口溫度280 ℃；分流比30∶1；進樣量1 μL。升溫程序為起始40 ℃保持2 min，以8 ℃/min升溫至160 ℃，保持2 min，以20 ℃/min升溫至280 ℃，保持2 min。質(zhì)譜條件為離子源溫度200 ℃；離子化電壓70 V；溶劑延遲時間3.5 min；接口溫度250 ℃。

高效液相色譜條件，色譜柱：C18柱(4.6 mm×250 mm×5 μm)，流動相為V(乙腈)∶V(水)=65∶35，流量1.0 mL/min，檢測波長210 nm，柱溫35 ℃，進樣量10 μL。

1.4 工藝流程簡述

萃取劑異丙苯將苯酚從水中萃取后，共同從塔頂出料進入異丙苯吸收塔，同時向該吸收塔通入堿液，使堿液中的氫氧化鈉與苯酚反應(yīng)，回收苯酚，塔釜流出的異丙苯重新通入萃取塔，萃取廢水中的苯酚。該工段的工藝流程圖見圖1。

圖1 含酚廢水萃取工段工藝流程圖

2 結(jié)果與討論

2.1 萃取塔T504操作壓力對塔釜廢水ρ(苯酚)的影響

萃取塔中，主要兩相狀態(tài)均為液態(tài)，通過改變萃取塔T504塔頂壓力考察操作壓力對塔釜含酚量的影響見圖2。

T504操作壓力/kPa圖2 塔頂壓強對塔釜ρ(苯酚)的影響

在萃取塔操作壓力在(0.1～0.5) MPa時，進行了穩(wěn)態(tài)模擬。模擬中，考察萃取塔操作壓力的改變對萃取效果的影響見圖3。

T504操作壓力/kPa圖3 萃取塔T504塔頂壓強對苯酚回收率的影響

由圖2、圖3可見。操作壓力的大小對模擬結(jié)果幾乎沒有影響。因此，塔頂?shù)牟僮鲏簭娍梢匀〕骸?/p>

2.2 萃取塔T504操作溫度對塔底廢水ρ(苯酚)影響

萃取塔的操作溫度主要是由萃取液進料溫度所決定的，兩相萃取溫度通過對系統(tǒng)物性的影響從而影響萃取效果。萃取塔內(nèi)溫度主要是由萃取劑溫度所決定的，改變循環(huán)物流溫度5～60 ℃?？疾燧腿∫簻囟茸兓瘜λ獜U水苯酚含量的影響，結(jié)果見表1。

由表1數(shù)據(jù)可以看出，隨著萃取塔溫度升高，萃取效果越好，在較低溫度條件下，萃取效果明顯變差，較高溫度條件下，含酚廢水ρ(苯酚)變化變緩，最適合溫度為45 ℃。

表1 T504操作溫度對塔底廢水ρ(苯酚)的影響

2.3 萃取塔T504塔板數(shù)對處理后含酚廢水中ρ(苯酚)的影響

萃取塔的理論板數(shù)無疑會對萃取效果產(chǎn)生影響，其影響見圖4。

由圖4可見，隨著萃取塔塔板數(shù)的增加，萃取效果明顯變好，當(dāng)塔板數(shù)增加到17塊時，苯酚回收率已經(jīng)達到了99.4%，塔釜ρ(苯酚)=98 mg/L，滿足排放要求。塔板數(shù)板再增加的時候，回收率變化不明顯，可見塔板數(shù)的增加有一個限度。

T504塔板數(shù)圖4 塔板數(shù)對處理后含酚廢水中ρ(苯酚)的影響

2.4 堿洗塔T505操作壓力對萃取塔T504塔釜廢水ρ(苯酚)的影響

堿洗塔中，萃取塔T504塔頂排出富含苯酚的物流與堿液進行逆流傳質(zhì)，苯酚與NaOH反應(yīng)生成酚鈉。酚鈉溶于水中由堿洗塔塔底排出，從而完成苯酚的回收，并且萃取劑獲得再生。通過改變堿洗塔T505塔頂壓力考察對T504塔釜廢水ρ(苯酚)的影響。據(jù)對萃取塔的模擬結(jié)果，萃取塔T540操作壓力取常壓，溫度取45 ℃，為了使萃取效果對操作壓力的變化更加明顯，選擇溶劑比為5.5，即循環(huán)萃取液體積為11 m3/h。堿洗塔操作壓強在變化范圍為(0.1～0.5)MPa。考察萃取塔操作壓力的改變對萃取效果的影響見表2。

表2 堿洗塔T505操作壓力對T504塔底含酚廢水中ρ(苯酚)的影響

由表2見，操作壓力的大小對模擬結(jié)果影響很小，隨著操作壓力的增大萃取效果變好。因此，塔頂?shù)牟僮鲏簭娍梢匀?50 kPa。

2.5 堿洗塔T505操作溫度對T504塔底廢水中ρ(苯酚)的影響

堿洗塔是反應(yīng)萃取塔，由于Aspen中沒有此類型單元，故用一個化學(xué)計量反應(yīng)器串聯(lián)一個萃取塔進行來模擬堿洗塔。堿洗塔塔頂溫度是10～60 ℃。模擬結(jié)果見表3。

表3 T505塔頂溫度對T504塔底含酚廢水中ρ(苯酚)的影響

從表3可以看出，堿洗塔T505堿洗效果隨操作溫度幾乎不變，隨著萃取塔溫度升高，萃取效果變好。由于實際裝置中萃取塔和堿洗塔之間沒有換熱器，堿洗塔操作溫度主要是由堿洗塔進料所決定的，又因為堿洗塔組分的分離主要是反應(yīng)生成在異丙苯中溶解度較低的苯酚鈉，所以實際堿洗塔裝置操作溫度主要由循環(huán)物流溫度所決定的。

2.6 溶劑比對T504塔釜含酚廢水中ρ(苯酚)的影響

萃取過程中，萃取劑的量的多少直接影響到萃取效果好壞，所以溶劑比(即萃取塔循環(huán)物料流量與廢水處理量之比)是一個很重要的操作參數(shù)。通過對溶劑比的變化情況進行模擬，得到了溶劑比對萃取效果影響的變化趨勢，見表4。

表4 溶劑比對處理后含酚廢水中ρ(苯酚)的影響

從表4數(shù)據(jù)可以看出，溶劑比在4～5.5變化時，對萃取效果影響非常明顯，超過6以后趨勢變得平緩，因此最適合溶劑比為5.5。

3 結(jié) 論

(1) 萃取塔T504操作壓力對萃取效果影響較小，可以忽略，建議萃取塔采取常壓操作；

(2) 堿洗塔T505操作壓力對萃取效果影響不大，影響趨勢是操作壓力越大，萃取塔萃取效果越好，建議T505操作壓力為150 kPa；

(3) 根據(jù)對循環(huán)物流流量的靈敏度分析，在萃取塔溶劑比為4～5.5(即萃取塔廢水處理量為2 m3/h，循環(huán)物流是8～11 m3/h)時，萃取效果較好，溶劑比超過6時萃取效果幾乎不再增強；

(4) 萃取塔操作溫度對萃取效果影響較小，萃取效果隨著塔操作溫度升高而增強，萃取塔操作溫度為45 ℃。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 唐曉東,袁嬌陽,李晶晶,等.萃取精餾溶劑的研究應(yīng)用進展[J].現(xiàn)代化工，2013,12(33):31-35.

[2] 黎四芳,陳強,許玉君.鄰仲丁基苯酚萃取回收廢水中二甲基甲酰胺[J].化學(xué)工程,2010,1(38):110-112.

[3] 孫可華.藍星新材料哈爾濱公司12t/a苯酚丙酮改造項目開工[J].國內(nèi)外石油化工快報,2005,35(5):13-14.

[4] 朱麗娜,李洪濤,姜道華,等.我國苯酚丙酮生產(chǎn)技術(shù)及市場[J].化工技術(shù)與開發(fā),2014,1:35-37.