氯乙酸混合物凝固點的模擬計算

孫順平，侯 振，張進(jìn)治

（中國天辰工程有限公司，天津 300400）

氯乙酸混合物凝固點的模擬計算

孫順平，侯 振，張進(jìn)治

（中國天辰工程有限公司，天津 300400）

在氯乙酸的工程設(shè)計及生產(chǎn)操作過程中，氯乙酸混合物的凝固點是關(guān)鍵。驗證了 Aspen 軟件計算凝固點的可靠性，并模擬計算了氯乙酸混合物的凝固點，為工程設(shè)計、生產(chǎn)操作提供依據(jù)。

氯乙酸；凝固點；Aspen；模擬計算

1 概述

氯乙酸是一種重要的有機(jī)化工原料，主要用來生產(chǎn)羧甲基纖維素、油田化學(xué)品、表面活性劑等[1]。在氯乙酸裝置的建設(shè)及生產(chǎn)運行過程中，氯乙酸混合物凝固點數(shù)據(jù)，保溫、冷卻、冷凝等過程的溫度控制極為重要，以防止保溫時提供的熱量不夠或者冷凝過量造成溶液凝固，而出現(xiàn)生產(chǎn)故障或者設(shè)計失敗造成不必要的損失。目前氯乙酸混合物凝固點數(shù)據(jù)主要依靠經(jīng)驗，本文采用 Aspen 進(jìn)行模擬計算為工程設(shè)計及生產(chǎn)運行提供依據(jù)。

2 理論基礎(chǔ)

在一定外壓下，液體逐漸冷卻開始析出固體時的平衡溫度稱為液體的凝固點。對于溶液及混合物，在溶劑和溶質(zhì)不形成固溶體的條件下，當(dāng)溶劑中溶有少量的溶質(zhì)形成稀溶液，則從溶液中析出固態(tài)純?nèi)軇┑臏囟龋慈芤旱哪厅c就會低于純?nèi)軇┰谕瑯油鈮合碌哪厅c，并且遵循一定的公式，這就是凝固點降低的現(xiàn)象。

對于混合體系，某一組分或多種組分凝固是一個涉及氣液固的多相態(tài)平衡過程。對于處于相平衡的體系中，每一種組分在各個相中的逸度是相等的，即

用活度系數(shù)表示，則

f-逸度；ν，l，s-相態(tài)氣、液、固；φν-氣相逸度系數(shù)；x，y-摩爾分?jǐn)?shù)；γ-活度系數(shù)；

溶劑的液相逸度用下式計算

θ*l為壓力的 Poynting 校正系數(shù)，在低壓下取值接近 1，實際按1計算。

氣相逸度由狀態(tài)方程計算，

R-摩爾氣體常數(shù)；P，T-系統(tǒng)壓力溫度；V-總體積；Zm-為混合氣體的壓縮因子；n-計算組分的總物質(zhì)的量。

3 Aspen計算結(jié)果驗證

乙二醇防凍液是一種常見防凍劑，主要由乙二醇和水組成。為驗證 Aspen 模擬計算凝固點的可靠性，首先用 Aspen計算了乙二醇防凍液的凝固點，并將結(jié)果與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，見圖1。可以看出，當(dāng)乙二醇含量 ＜35% 或 ＞80% 時，計算值與文獻(xiàn)值一致[2]，當(dāng)乙二醇含量為 35%～80% 時，計算結(jié)果有一定偏差，接近共凝點溫度偏差較大，為 -9.5℃，但整體來看，計算結(jié)果可以作為工程設(shè)計及生產(chǎn)操作的依據(jù)。

圖1 乙二醇防凍液凝固點隨濃度變化

4 結(jié)果與討論

氯乙酸混合物體系主要包括氯乙酸、醋酸、水，分別對氯乙酸 -水、醋酸 -水二元體系，及氯乙酸 -醋酸 -水三元體系進(jìn)行了計算。

4.1 氯乙酸-水體系

氯乙酸產(chǎn)品有兩種形式：固體結(jié)片或80% 的水溶液，純氯乙酸的凝固點為60℃，因此需要考慮產(chǎn)品的保溫防止凝固。計算結(jié)果見圖2，得出80% 的氯乙酸溶液凝固點為6.5℃，氯乙酸濃度增大時，產(chǎn)品凝固點升高，85% 的氯乙酸溶液凝固點為 16.6℃。此外，氯乙酸濃度為 60% 時有最低凝固點為 -25.7℃。純乙酸的凝固點為 16.6℃，如果為 95% 的乙酸，則凝固點降低為10℃，見圖3。

圖2 氯乙酸溶液凝固點隨濃度變化

圖3 乙酸溶液凝固點隨濃度變化

4.2 氯乙酸-乙酸-水體系

對于的三元體系，分計算了氯乙酸和水的質(zhì)量比依次為2 ∶ 1、1 ∶ 1、1 ∶ 2時，體系凝固點隨乙酸含量的變化，具體結(jié)果見圖4～6。比較圖4～6，可以看出隨著三元體系中氯乙酸和水的比例降低，氯乙酸的凝固點曲線逐漸下降，而水的凝固點曲線逐漸提升，整體趨勢符合理論分析。

圖4 氯乙酸∶水=2∶1體系凝固點隨乙酸濃度變化

5 結(jié)論

1）用 Aspen 模擬計算了乙二醇 -水溶液的凝固點和文獻(xiàn)值比較，結(jié)果表明 Aspen 計算結(jié)果可作為工程設(shè)計依據(jù)，但需要注意當(dāng)體系組成接近共凝點時偏差增大。

圖5 氯乙酸∶水=1∶1體系凝固點隨乙酸濃度變化

圖6 氯乙酸∶水=1∶2體系凝固點隨醋酸濃度變化

2）模擬計算了不同組成下氯乙酸 -水、醋酸 -水二元體系，及氯乙酸 -醋酸 -水三元體系凝固點數(shù)據(jù)，為工程設(shè)計提供了依據(jù)，為生產(chǎn)操作提供指導(dǎo)。

[1] 陳 浩.氯乙酸生產(chǎn)技術(shù)及市場分析[J].精細(xì)與專用化學(xué)品，2011，19（2）：1-4.

[2] 蘇海鵬.乙二醇水溶液在油氣集輸加熱工藝中的應(yīng)用研究[J].石油化工應(yīng)用，2013，32（4）：97-100.

Freezing Point of Chloroacetic Acid Mixture Simulated Calculation

Sun Shun-ping，Hou Zhen，Zhang Jin-zhi

For the engineer design and product operation of chloroacetic acid，freezing point of chloroacetic acid mixture is very important.Freezing point calculated by the Aspen software reliability is verified，Using Aspen to calculate and determine the freezing point of chloroacetic acid mixture，provide basis for engineer design and product operation.

chloroacetic acid；freezing point；aspen；simulated calculation

TQ028.31

A

1003-6490（2017）06-0165-02

2017-05-10

孫順平（1985—），男，山東威海人，工程師，主要從事化工設(shè)計工作。