共沸精馏分离丙酸一水体系的工艺模拟研究

李 娜

（中石化(上海)石油化工研究院有限公司，上海 201208)

摘 要：丙酸和水可形成共沸物，普通的精馏难以分离。分析了不同的共沸剂特点，最终选取丙酸丙酯作为共沸剂,利用AspenPlus模拟软件，对丙酸一水体系的分离进行了模拟研究。模拟采用NRTL热力学模型，根据实验数据修正热力学参数，并分析了溶剂比、塔板数、进料位置对分离过程的影响。计算结果表明，设计的工艺流程较为可靠、合理，可为丙酸一水的分离提供一定的理论依据。

关键词：共沸精馏;共沸剂；模拟优化

0 引言

ε-己内酯是一种提高聚合物性能的重要化学中间体，有着十分广泛的用途，主要用于生物降解材料、热塑性聚氨酯、材料的改性、粘合剂、合成皮革、涂料添加剂的合成等多种应用领域，主要用途是制备聚己内酯多元醇和热塑性聚己内酯，特别是ε-己内酯或与其他单体共聚所得到的聚己内酯及其共聚物，是一类可完全生物降解的高分子材料。因其具有良好的生物相容性、无毒性、可生物降解性等优点，在生物医学工程中有着较好的应用。

目前，常用的ε-己内酯合成方法有环己酮过氣酸氧化法、醛与环己酮共氧化法、环已酮过氧化氢氧化法等。醛与环己酮共氧化法，需要浓缩过氧化氢，收率低，有机副产物多，成本高。环己酮过氧化氢氧化法，产率低，生成ε一己内酯选择性小。环已酮过氣酸氣化法转化率高，选择性好，有着较好的工业应用性。环己酮过氧酸氧化法反应工序分为过氧化反应和氣化反应2个部分。过氧化反应系统主要包括带搅拌的反应釜和脱水塔。过氧化反应釜内丙酸与双氧水反应生成过氣丙酸，由于双氧水原料中含有水，反应产物也生成水，大量水的存在不利于过氧丙酸的生成，故需要通过手段将反应器中多余的水分去除。但是丙酸与水为共沸体系，采用普通的精馏方法无法将其彻底分离。本文选用共沸精馏的方法分离丙酸-水共沸物，采用Aspen Plus对全流程进行模拟计算。针对丙酸-水体系，对比不同的共沸剂并最终选取丙酸丙酯，设计共沸精馏工艺流程。选择NRTL热力学模型，对模型参数进行修正，分析溶剂比、塔板数、进料位置对共沸塔分离效率的影响，并对这些参数进行优化，以期有较好的分离效果。

1 工艺流程设计

1. 1 共沸剂的选择

在一般情况下，共沸剂的选取需遵循以下原则：①与其中1个组分形成低沸点的共沸物；②共沸剂的用量越少越好，汽化潜热越小越好；③共沸剂易于回收和分离；④共沸剂能够显著影响关键组分的气液相平衡关系；⑤不与进料中的组分发生关系，热稳定性好；⑥无毒、无腐蚀、价格低廉。

根据上述共沸剂的选取原则,适合丙酸一水体系的共沸剂有很多，但还需要根据反应体系等进行具体分析。根据相关文献，ε-己内酯生产工艺中选用的共沸剂通常为脂肪族羧酸的低级烷基酯，常见的共沸剂选取有乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯，除此之外，还有环己烷、苯等。上述共沸剂在水中的溶解度较小，采用简单的液液分离即可实现共沸剂的回收利用，减少共沸剂的损失。

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