二硫化碳-四氯化碳精餾工藝改進(jìn)與模擬研究

曹梅

(河北冠龍農(nóng)化有限公司，河北 衡水 053000)

全氯甲硫醇是一種重要的精細(xì)化工中間體，廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥、橡膠等領(lǐng)域，如農(nóng)藥克菌丹、滅菌丹、土菌靈和橡膠防焦劑等。在全氯甲硫醇的精制過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定量的二硫化碳和四氯化碳的混合蒸氣，其質(zhì)量比約為2∶7[1-4]，如果將其冷卻收集后再去精餾，則浪費(fèi)了大量的汽化潛熱[5]。因此，考慮將蒸汽直接送入減壓精餾塔中，這樣就省去了蒸氣液化再汽化的過(guò)程，不僅簡(jiǎn)化了設(shè)備，而且能節(jié)約能耗。

筆者在原有的精餾工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，進(jìn)行了改進(jìn)，采用減壓精餾的方式利用Aspen Plus軟件對(duì)二硫化碳-四氯化碳混合蒸氣的減壓精餾工藝進(jìn)行了模擬運(yùn)算，分析了理論塔板數(shù)、進(jìn)料口位置、回流比對(duì)分離效果的影響，優(yōu)選出最適宜的工藝條件，為新工藝的設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

1 相平衡數(shù)據(jù)

采用NRTL[6]熱力學(xué)模型，模擬了真空度為0.07 MPa時(shí)，二硫化碳與四氯化碳的氣液平衡數(shù)據(jù)及活度系數(shù)，如表1所示。

表1 氣液平衡數(shù)據(jù)及活度系數(shù)

全氯甲硫醇的蒸餾過(guò)程中，真空度一般在0.06 MPa左右，因此精餾工段的真空度應(yīng)略高于蒸餾工段，才能降低鼓風(fēng)機(jī)的負(fù)荷，保證進(jìn)料過(guò)程順利完成。

2 塔板數(shù)的影響

在真空狀態(tài)下，高溫的混合氣體屬于過(guò)熱蒸氣，進(jìn)料曲線的斜率為正值，所以相比液相進(jìn)料工藝，真空進(jìn)料時(shí)的進(jìn)料線與平衡線的交點(diǎn)更低，那么精餾段操作線的斜率就更高，回流比就相應(yīng)增高，經(jīng)圖解法分析，其最小回流比約為3，才能得到95%以上的二硫化碳。先確定回流比為3.5，模擬了精餾段和提餾段理論板數(shù)對(duì)分離效果的影響，結(jié)果如表2 所示。

表2 理論塔板數(shù)對(duì)分離效果的影響

當(dāng)精餾段理論塔板數(shù)為12塊時(shí)，提餾段塔板數(shù)要達(dá)到12塊，能夠得到高于95%的二硫化碳;而精餾段塔板數(shù)增加到13塊時(shí)，仍需要提餾段塔板數(shù)達(dá)到12塊才能滿足需求。因此，增加精餾段塔板數(shù)意義不大。當(dāng)提餾段塔板數(shù)為12塊時(shí)，精餾段塔板數(shù)為9塊即可滿足要求，因此，在回流比為3.5時(shí)，精餾段塔板數(shù)至少為9塊，提餾段至少為12塊。

3 回流比的影響

回流比決定了精餾過(guò)程的能耗，在理論板數(shù)能滿足精餾需求，保證物料含量的情況下，適當(dāng)降低回流比，能降低精餾過(guò)程的能耗。模擬了進(jìn)料口位于第10塊塔板時(shí)，回流比對(duì)理論塔板數(shù)需求量的影響，如表3所示。

表3 回流比對(duì)分離效果的影響

當(dāng)回流比為3.3時(shí)，即使理論板數(shù)增至27塊，仍不能得到95%以上的二硫化碳，繼續(xù)增加理論板數(shù)，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備費(fèi)用的增加，且效果不明顯。當(dāng)回流比為3.4時(shí)，24塊理論板數(shù)滿足要求，而繼續(xù)增加回流比，雖然所需的理論板數(shù)能相應(yīng)減少，但增大到3.7時(shí)，仍需20塊理論塔板才能滿足要求，能耗增加，卻只能節(jié)省4塊理論板，經(jīng)濟(jì)意義不大。因此適合的回流比為3.4，理論板數(shù)為24塊，精餾段10塊，提餾段14塊。

4 分布情況

在優(yōu)選的工藝條件下，模擬了24塊塔板各處的溫度、液相組成及K值(表示該組分氣相和液相的摩爾分?jǐn)?shù)之比)分布情況，結(jié)果如表4所示。

表4 各級(jí)塔板處的溫度、組成和K值

通過(guò)模擬各級(jí)塔板處的溫度、組成的數(shù)據(jù)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程提供了參考數(shù)據(jù)。

5 能耗比較

在選定的工藝條件下，模擬了進(jìn)料量為90 kg/h時(shí)的能耗情況，混合氣體進(jìn)料時(shí)再沸器的熱負(fù)荷僅為2.79 kW，而原工藝以混合液體進(jìn)料時(shí)，再沸器的熱負(fù)荷為6.72 kW。由于節(jié)約了大量汽化潛熱和一部分顯熱，能耗降低了58.5%。

6 結(jié)論

(1)氣相進(jìn)料、減壓精餾工藝適用于二硫化碳-四氯化碳混合物的精餾，所得二硫化碳符合氯化合成全氯甲硫醇的工藝要求，四氯化碳含量高于GB/T 4119—2008[7]對(duì)四氯化碳含量的要求。

(2)適宜的工藝條件為精餾段塔板數(shù)10塊，提餾段塔板數(shù)14塊，回流比為3.4。在此工藝條件下，塔頂二硫化碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95.05%，塔底四氯化碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.94%。

(3)與原工藝相比，新工藝的能耗降低了58.5%。

實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)有待檢驗(yàn)，技改項(xiàng)目正在籌備中。