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《加压常压精馏分离甲醇碳酸二甲酯相平衡和流程模拟.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第3卷第5期过程工程学报Vol.3No.52003年10月TheChineseJournalofProcessEngineeringOct.2003加压-常压精馏分离甲醇-碳酸二甲酯的相平衡和流程模拟李春山,张香平,张锁江,徐全清(中国科学院过程工程研究所,北京100080)摘要：变压精馏是分离共沸混合物的有效方法.本文在计算机模拟和分析的基础上,提出了加压–常压串联分离甲醇–碳酸二甲酯共沸体系的工艺方法.采用UNIQUAC方程来表征甲醇–碳酸二甲酯二元共沸体系的气液平衡.根据实验数据，回归了该热力学模型中的交互作用参数，模型的计算结果与实际数据吻合.模型的适用范围为：压力0.1~1.5MP
2、a,温度337~440K.基于平衡级模型，对加压精馏塔进行了模拟计算,分析了各主要操作参数对分离效率、产品纯度及操作费用的影响.在对加压–常压串联流程模拟的基础上，得到了最佳分离操作工艺参数.模拟结果对工业过程的设计和改造具有一定的指导意义.关键词：碳酸二甲酯；甲醇；共沸物；加压分离；气液平衡；流程模拟中图分类号：TQ021.8文献标识码：A文章编号：1009–606X(2003)05–0453–061前言碳酸二甲酯(DimethylCarbonate,简称DMC)是一种环境友好的有机化工原料,被誉为“绿色”[1,2]化工产品.随其应用领域和需求量逐渐扩大,其生产过程的研究也显得尤其重要.目
3、前,DMC的工业生产方法主要有甲醇氧化羰基化法、酯交换法等.但是无论采取何种方法,由于热力学的限制,反应后得到的都只能是甲醇(以下记为MeOH)与DMC的混合物.由于在常压下MeOH和DMC形成二元共沸物[MeOH70%(w)；DMC30%(w)],通过常压精馏从塔顶得到的是MeOH–DMC的二元共沸物,该恒沸物中含有大量的DMC,如何从该恒沸物中分离回收DMC是一个需要解决的问题.目前国内外采用的分离工艺有萃取精馏法、加压分离法和冷冻结晶分离法.加压分离法利用MeOH–DMC体系对拉乌尔定律产生正偏差的特点,提高压力可以打破常压下MeOH–DMC形成的二元共沸点,改变共沸物组成.在高压条件
4、下,塔顶可以得到以MeOH为主的共沸物,塔底得到高纯度的DMC.塔底DMC产物中所含的少量MeOH,可以通过常压精馏进一步提纯得到纯的DMC.由于加压分离法避免了萃取剂的回收,具有工艺流程短、设备投资少、操作方便、易控等特点,已[3][4–6]应用于DMC工业生产中,然而有关其理论分析及流程模拟计算的研究报道极少.在相关体系[4,5]的热力学气液平衡研究方面，Luo等对常压下该体系的气液平衡数据进行了测定，采用UNIFAC[6]和NRTL模型对常压气液平衡进行了回归和预测;张立庆等用Wilson方程、NRTL方程、UNIFAC模型对其测定的常压气液平衡实验数据进行了拟合,但在拟合研究中都没有
5、采用高压实验数据，因此得到的模型在外推至高压条件使用时会产生较大的偏差.因为本文的加压分离过程模拟主要[4][7]在1.0~1.5MPa压力范围内进行,为此根据文献中报道的常压气液平衡数据和高压共沸数据对UNIQUAC模型中的二元交互作用参数进行了回归,在此基础上,对MeOH–DMC共沸物体系的加压–常压分离系统进行了模拟计算和理论分析,由此确定了分离的最佳工艺条件,以期对工业生产提供一定的科学指导.收稿日期：2003–02–18,修回日期：2003–04–23基金项目：国家自然科学基金资助项目(编号:20276073)；河南省环境科学与工程重点学科开放实验室基金资助项目作者简介：李春山(1
6、977–),男,山东省菏泽市人,博士研究生,绿色过程系统集成专业；张锁江,通讯联系人.454过程工程学报3卷2甲醇-碳酸二甲酯体系的热力学分析模拟计算的可靠性取决于基础数据和热力学模型计算的准确性.本文在MeOH–DMC体系已[4][7]有气液平衡实验数据(T–x–y)和(T–P–x–y)的基础上,建立了适用的热力学模型,并对模型中的交互作用参数进行了回归,将模型的计算结果与实验数据进行了比较.2.1MeOH-DMC体系热力学模型的建立MeOH–DMC二元体系的显著特点是在不同压力下形成不同组成的共沸物,是典型的非理想体系.本文采用UNIQUAC方程计算该体系液相各组份的活度系数,气相的非理
7、想性则采用RK方程来校正.UNIQUAC方程的表达式为éùæöfizqfiiêúæöç÷qtjijlngi=ln+qiln+li-åxjlqj-iêúlnç÷ååqtjji-+1,ç÷xxi2fiiiêúèøjjç÷åqtiijëûèøiz其中f=rx/(xr),q=qx/(xq),a=0,l=(r-qr)+-1,iiiåjjiiiåjjtij=+exp(aijbTij/),aaij¹ji,iiiiiijj2
