高原地區模擬分離乙醇菜體系的可行性探討

高建 王克良

摘 要：選擇離子液體作為萃取劑，采用萃取精餾分離乙醇-水體系。六盤水地區的氣壓低于標準大氣壓，模擬計算時不能直接引用文獻中的物性參數和相互作用數據，分離體系中的汽液平衡數據需要由實驗測定，將實驗數據導入Aspen Plus軟件進行流程模擬計算。在此過程中，采用實驗和計算相結合的方法篩選新型離子液體，為無水乙醇在六盤水地區的大規模商業化生產提供理論指導。

關鍵詞：萃取精餾；乙醇；離子液體；模擬

無水乙醇在工業產品中占有非常重要的位置，是化工、軍事、醫藥和化妝品等領域不可缺少的基礎原料。[1]另外乙醇可以用作交通工具的清潔燃料?？茖W界對乙醇開展了系統性研究，其中乙醇的提純是研究的熱點和難點。[2]在標準大氣壓下，乙醇和水極易混合生成共沸物，共沸物中含有至少4.4%水（質量分數），常規分離方法（例如精餾、蒸餾）不能得到無水乙醇。在各種解決方案中，萃取精餾是一個較好選擇[3-5]

1 萃取精餾法

在萃取精餾分離乙醇-水體系過程中，為了打破共沸現象，需要加入萃取劑，使混合物中各組分的相對揮發度發生變化，通過該過程產出無水乙醇。[6，7]和其他精餾不同的是，該過程不生成共沸物，萃取劑的加入只是改變相關體系的相對揮發度。水和萃取劑從塔底進入溶劑回收裝置，乙醇從精餾塔塔頂出來。提純后的萃取劑再次進入萃取精餾塔進行循環利用。[8，9]

萃取精餾擁有操作簡單和處理量大的優勢，是高效分離乙醇-水的分離方法，其流程圖見下圖。

由上圖可知，該過程需要從塔頂導入萃取劑，萃取劑在塔內分布均衡，其在每一塊塔板上都起著作用。值得注意的是，不能從第一塊塔板加入萃取劑，這是為了降低萃取劑的損耗，通常從第三塊塔板處加入。為了減小塔釜再沸器的熱負荷，原料以氣態混合狀態從下部加入上述裝置。[11]

萃取精餾技術在工業生產中有著廣泛的應用，學術界對此展開了深入廣泛的研究。萃取精餾是制備無水乙醇的最佳選擇。

2 Aspen Plus軟件在萃取精餾中的應用

Aspen Plus軟件是全世界最優秀的化工模擬軟件，它精確且全面模擬了從單元操作到整個工藝的流程。[12]其廣泛應用于模擬精餾，極大推動了石油化工的發展。[13]在它的大規模應用推廣過程中，發現需要完善相關物性數據庫且物性估算方法有待改進。[14]

本文準備在分離乙醇-水體系過程中加入離子液體作為萃取劑，重點研究Aspen Plus軟件模擬優化相關工藝流程。但是本研究所在地六盤水市處于云貴高原地區，當地大氣壓低于標準大氣壓；在研究過程中，不能直接引用文獻報道的物性參數?？紤]到上述問題，本研究計劃首先通過實驗測定反應物料的汽液平衡數據，然后將相關數據導入Aspen Plus軟件進行流程模擬計算。[16-18]相關研究成果有助于篩選新型萃取劑，達到節能減排的效果。[19-21]

3 結語

無水乙醇在工業生產中發揮著舉足輕重的作用，但是常規分離手段不能高效分離乙醇和水的混合物得到合格的無水乙醇，萃取精餾是最合適的分離技術。[22]現在，萃取精餾技術還在不斷發展中，它存在著能耗大和溶劑消耗多等多種問題。在各種問題中，萃取劑的選擇是最大的挑戰。[23，24]

離子液體是解決上述問題的理想選擇，它一直是萃取精餾分離乙醇-水體系的研究熱點，本研究計劃使用離子液體萃取精餾分離乙醇-水。首先，實驗測定乙醇-水-萃取劑體系的汽液平衡數據，利用熱力學預測模型關聯得到二元交互作用參數；然后，將相關參數導入Aspen Plus軟件進行過程模擬與優化。本研究對工藝改進及設備設計等具有重要意義，為無水乙醇在六盤水地區的大規模商業化生產提供理論指導。

參考文獻：

[1]孫德芳，邵旻，周政，等.減壓精餾法制備無水乙醇的研究[J].現代化工，2010，30（6）：74-77.

[2]黃守瑩，王悅，呂靜，等.合成氣經二甲醚/乙酸甲酯制無水乙醇的研究進展[J].化工學報，2016，67（1）：240-247.

[3]馮樹波，趙亞男.萃取劑沸點對萃取精餾制取無水乙醇總能耗的影響分析[J].計算機與應用化學，2015，32（7）：851-854.

[4]王小光，楊月云.應用ChemCAD軟件模擬加鹽萃取無水乙醇精餾過程[J].化學工程，2011，39（9）：98-102.

[5]任佳偉，王寶華，冉曉萌，等.加離子液體萃取精餾制取無水乙醇的實驗研究[J].現代化工，2013，33（8）：107-110.

[6]袁旭宏，熊雙喜.乙醇-水體系的間歇萃取精餾[J].科學技術與工程，2012，12（31）：8451-8453.

[7]楊亞鳴，范章豪，吳淑晶，等.加鹽萃取精餾分離乙醇-水體系的研究進展[J].河南化工，2014，31（10）：21-23.

[8]張志剛，賈慶波，李文秀，等.減壓間歇萃取精餾分離乙酸乙酯和乙醇[J].化學工程，2010，38 （12）：5-7.

[9]劉艷杰，王桂英，高維平.萃取精餾分離乙醇-甲苯共沸體系的模擬與優化[J].計算機與應用化學，2015，32 （4）：431-434.

[10]朱煒，張少偉，金文葉.帶有熱量集成的乙醇-水萃取精餾過程模擬[J].計算機與應用化學，2015 （2）：208-212.

[11]劉艷杰，王桂英，高維平.萃取精餾分離乙醇-甲苯共沸體系的模擬與優化[J].計算機與應用化學，2015，32 （4）：431-434.

[12]潘曉梅，晏蕓，徐積武，等.間歇萃取精餾分離二氯甲烷-乙醇-水體系的模擬及實驗研究[J].東南大學學報（自然科學版），2012，42（3）：511-515.

[13]苗劍，史高峰，王國英，等.基于Aspen Plus的聚甲氧基二甲醚精餾過程模擬分析[J].計算機與應用化學，2015，32（1）：119-123.

[14]朱建寧，陸文斌.基于Aspen Plus用戶模型的甲醇精餾模擬與分析[J].上?；ぃ?012，37（8）：13-16.

[15]袁朱琳，惲慶，董繼紅，等.碳酸乙烯酯水解法制乙二醇精餾單元的Aspen Plus模擬研究[J].鹽城工學院學報（自然科學版），2016，29（3）：69-73.

[16]薛科創，許航線.Aspen Plus 7.3在精餾設計中的應用[J].安徽化工，2014，1（1）：43-44.

[17]閆君芝，張建東.Aspen Plus模擬乙醇-正丙醇精餾分離[J].廣東化工，2016，43（21）：29-30.

[18]楊振軍，趙學軍.Aspen Plus模擬分析氯醇化法環氧丙烷精餾[J].氯堿工業，2017，53（4）：26-29.

[19]毛進林，王小露.ASPEN PLUS在煤制甲醇三塔精餾工藝中的應用[J].廣州化工，2013，41（3）：135-136.

[20]李惠萍，李煥新，李雪平，等.基于Aspen Plus的煤氣化副產物粗酚的分離精制[J].鄭州大學學報（工學版），2015，36（1）：28-32.

[21]劉瑞璨，李明哲，楊榮華，等.基于ASPEN PLUS軟件的正丁醇精餾工藝設計[J].化工裝備技術，2013，34（6）：10-12.

[22]蘇義意，吳淑晶，沙洲.溶劑加鹽對乙醇-水分離效果的研究[J].河南化工，2017，34（5）：18-20.

[23]胡華俊，周海倫.燃料乙醇制備方法研究進展[J].廣州化工，2010，38（8）：35-37.

[24]蘇義意，吳淑晶，沙洲.利用新型萃取劑制取無水乙醇的研究[J].河南化工，2016，33（3）：23-25.