Aspen Engineering模擬氨肟化廢水吸附解析的工程設(shè)計(jì)計(jì)算

李 闖

（湖南百利工程科技股份有限公司，湖南岳陽 414000）

1 廢水中甲醇的來源

氨肟化廢水經(jīng)過新型樹脂吸附解析后的廢水中含有大量因沖洗樹脂吸附孔的甲醇，這就產(chǎn)生了新的高濃度廢水，如果直接去廢液焚燒處理，不但會帶來安全性的挑戰(zhàn)，而且甲醇本身是一種應(yīng)用廣泛的有機(jī)化工品，其價(jià)格不菲，消耗量也比較大，處理4t 廢水大約需要1t 的甲醇，每年消耗的甲醇大約為8 000t。有必要對此甲醇進(jìn)行回收，每年可節(jié)約原材料費(fèi)用約1 600萬元，效益可觀。

2 吸附解析甲醇回收的流程

從圖1看出，芬頓處理后的酸性廢水經(jīng)樹脂柱吸附解析后，污水進(jìn)入下段處理工藝，解析液排入粗甲醇罐中混合均勻，其中的甲醇濃度平均（35%wt），甲醇進(jìn)料泵將粗甲醇打入精餾塔內(nèi)精餾，含有機(jī)大分子的廢水進(jìn)入塔釜，甲醇由塔頂精餾提濃后重新回收，塔釜中經(jīng)180℃蒸汽加熱至98～99℃，甲醇含量降低至3%以內(nèi)，高COD 的有機(jī)大分子濃縮后經(jīng)塔釜泵打到廢液焚燒單元焚燒處理。解析液中甲醇經(jīng)精餾塔精餾段和甲醇冷凝器冷凝后的精甲醇排入甲醇緩沖罐中待用。

圖1 吸附解析甲醇回收流程

3 吸附解析廢水成分及含量

污水中成分及含量見表1。

表1 污水中成分及含量

氨肟化廢水中各種有機(jī)物的沸點(diǎn)見表2。

表2 污水中各種有機(jī)物的沸點(diǎn)

甲醇和水、環(huán)己醇、環(huán)己酮、環(huán)己酮肟都不形成共沸物，因此，氨肟化廢水中回收甲醇的工藝可行。

4 解析液中甲醇精餾工藝流程

甲醇精餾工藝流程見圖2。

圖2 甲醇精餾工藝流程

5 Aspen設(shè)計(jì)與計(jì)算

Aspen 軟件包括換熱器、工程經(jīng)濟(jì)、油氣處理、動態(tài)模擬等多個模塊，模塊之間可互相傳遞數(shù)據(jù)，自由切換。它的計(jì)算結(jié)果詳細(xì)，能生成各種計(jì)算報(bào)表且作出相應(yīng)數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行分析，換熱器設(shè)計(jì)模塊可生成詳細(xì)的二維圖形和三維圖形，可先于設(shè)計(jì)制造看到實(shí)物效果。采用Aspen 軟件模擬氨肟化廢水吸附解析流程作為設(shè)計(jì)依據(jù)，可節(jié)約大量工程設(shè)計(jì)的工作量和時(shí)間。

在極性溶液中，選取NRTL 方法計(jì)算含甲醇污水的模擬，輸入解析污水中的各種物質(zhì)成分及含量，盡量輸入所有可能存在的物質(zhì)成分，保證模擬計(jì)算的準(zhǔn)確程度。建立流程中的各種模塊，精餾塔可以選擇DSTWU 和RADFRAC 模塊。因?yàn)榧状季s的流程比較簡單，一塔加上冷凝器和再沸器三個設(shè)備，用一個模塊就將所有的用到的設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算包含在內(nèi)。先用簡捷計(jì)算模塊，和一股進(jìn)料和塔頂、塔底兩股物料建立流程，算出精餾塔的理論板數(shù)和最小回流比用于詳細(xì)計(jì)算的精餾。

將DSTWU 模塊刪除后，換上RADFRAC 模塊，輸入理論板數(shù)和最小回流比，蒸餾率，經(jīng)迭代計(jì)算出物流數(shù)據(jù)，塔頂出料為精餾后的甲醇，塔釜為含大分子有機(jī)物的解析污水。在UTILITY 選項(xiàng)中的U-1填入冷凝器使用的循環(huán)水進(jìn)出口溫度，U-2中輸入再沸器低壓飽和蒸汽的溫度，完成后運(yùn)行模擬，工藝模擬完成后。在Packing Sizing 中將填料的型號選擇為CY，輸入填料數(shù)據(jù)，經(jīng)迭代計(jì)算出塔徑，修正塔徑尺寸，再經(jīng)計(jì)算后得到精餾塔圓整后的塔徑，并得出水力學(xué)計(jì)算的數(shù)據(jù)。經(jīng)精餾塔精餾后的塔頂及塔釜中各組分含量見表3.

表3 精餾塔塔頂及塔釜中成分及含量

6 采用Aspen EDR進(jìn)行換熱器的設(shè)計(jì)

EDR 能直接從Aspen 中調(diào)用流體的物性數(shù)據(jù)，在界面中選擇換熱器型式，模擬流程中列出所有換熱器形式的清單，從中選擇需要設(shè)計(jì)出的換熱器結(jié)構(gòu)尺寸，程序轉(zhuǎn)入EDR 模塊中，經(jīng)過設(shè)計(jì)模式的計(jì)算可以計(jì)算出最優(yōu)化的換熱器大小，對換熱器的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行圓整，設(shè)計(jì)余量取120%～150%即可得出換熱器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。進(jìn)行冷凝器的設(shè)計(jì)時(shí)選用管殼式換熱器的模塊進(jìn)行核算，選擇BEM 的換熱器進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算后，轉(zhuǎn)換為校核模式計(jì)算出冷凝器的尺寸為3 000×800（L×D）。用相同的方法選擇BKU 進(jìn)行塔釜再沸器設(shè)計(jì)計(jì)算，最后校核計(jì)算再沸器尺寸為1 500×500（L×D）。冷凝器和再沸器在實(shí)際生產(chǎn)中運(yùn)行良好，冷凝器出口的甲醇溫度在45℃左右，再沸器可將含甲醇污水加熱至沸騰狀態(tài)而保證塔釜中甲醇的含量低于最低要求。

7 結(jié)論

1）用精餾塔回收含甲醇的氨肟化廢水是可行的，甲醇的回收率在98%以上，且純度可達(dá)到99%。氨肟化廢水中的有機(jī)物和甲醇不形成共沸物，甲醇回收的純度較高。

2）采用Aspen 模擬甲醇回收的流程不但可以節(jié)約大量設(shè)計(jì)計(jì)算的時(shí)間，而且計(jì)算的結(jié)果與生產(chǎn)實(shí)際的數(shù)據(jù)比較符合，設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)確。