1、第33卷第3期2013年3月现代化工jn矧1pfllifHj【iLl sr、iIj-。2f)l 3103顺流多效精馏回收DMAC高晓新1”，马正飞h，杨德明2(1南京工业大学化学化工学院，江苏南京210009；2常州大学石油化工学院，江苏常州213164)摘要：针对含DMAC废水回收工艺的高能耗问题，提出了分离DMAc一水体系的顺流双效、三效和四效精馏工艺流程。利用Aspen Plus化工模拟软件中的RADFRAc严格精馏模块和wILSON热力学计算模型，利用Matlab程序对顺流双效精馏、三效精馏、四效精馏进行经济评估。以各效的设备费用和操作费用资金的相对值最低为目标，确定了回收DMAc最佳
2、的方案为顺流三效精馏工艺。关键词：DMAc回收；顺流多效精馏；能耗；Madab程序；Aspen Plus软件中图分类号：TE624 文献标志码：A 文章编号：02534320(2013)03一叭0303Techllical res昀rch on recovery of DMAC byconcurrent multieffect distiUation甜O艇oo石护2，胍劢e愕手r，yAG Demin92(1College of Chemistry and Chemical En舀neering，Nanjing UniVersity of Technology，Nanjing 210D()9，C
3、hina；2College of Petmchemical En百neering，Chan铲hou University，Changzhou 213164，China)Abstract：To solve the high ene。gy consumption during recovery of DMAC，concunent multie-ect distiuationprocesses with twotower，tIlreetower and fourtower are proposedne RADFRAC block aIld WI瑙ON the珊a1 dyn枷icmodel are s
4、imulated by ASPEN PLUS softwa弛The economic evaluation of multieect concurrent distillation ispe而珊ed by using Matlab procedure To obtain the relative lower equipment and opemtion cost，threeeffectcountercun-ent distillation is detenIlined as the optimal recovery technology in this studyKey words： reco
5、very of DMAC； concun-ent multiefkct distillation； ener影consumption； matlab procedure；AsDen Plus software二甲基乙酰胺(DMAc)是一种强极性非质子化溶剂，由于工业化较晚而相对消耗较少，但目前应用逐渐扩大，已经广泛应用于石油加工和有机合成工业中。它对多种树脂尤其是聚氨酷树脂、聚酞亚氨树脂有良好的溶解性能，常用作耐热纤维、塑料薄膜、涂料、制药、催化剂和丙烯睛纺丝的溶剂等，使用过程中产生大量的含DMAc废水，因此对此类废水进行处理回收DMAC具有十分重要的意义41。据估计，9095的产品提纯和回收
6、由精馏来实现。然而，正是因为精馏的实现需要以能量作为过程进行的推动力，其能量消耗在整个过程工业中占有重要的地位。有人估计分离过程的能耗大约占整个化学工业用能的40，而其中95是蒸馏过程消耗的。美国曾经统计全国40 000多个精馏塔所消耗的能量相当于每天19亿L石油，几乎占全国能耗的3J。所以节约能源是精馏工艺的发展方向。多效精馏以系统内部热集成的方法减少能量的消耗，符合现在建设节约型社会的要求，有很广阔的发展前景。根据杨德明等拍。7 o利用Aspen Plus软件模拟出废水中DMF多效精馏与普通精馏在不同的进料浓度和效数间的耗能比较，Hilde等坤1对多效精馏在工业实例中的应用表明节能效果是非
7、常明显的。本文利用Aspen Plus化工模拟软件的优化计算功能，模拟了顺流多效精馏分离DMAc一水体系工况，利用Matlab程序对顺流双效精馏、三效精馏、四效精馏进行经济评估，分别对各效的设备费用和操作费用进行了计算，从中筛选出最佳的工艺回收路线，为回收DMAc生产工艺的设计提供了基础数据。1 顺流多效精馏分离DMAC一水工艺方案与模拟规定多效精馏是将精馏塔分成压力不同的多塔，压力较高的塔塔顶蒸汽向压力较低的塔的再沸器供热，同时塔顶蒸汽被冷凝。因此在多效精馏中只是收稿日期：2012一1018作者简介：高晓新(1979一)，男，博士生；马正飞(1960一)，男，江苏苏州人，博士生导师，研究方向
8、为化工分离过程以及化工过程的模拟与优化通讯联系人，野xcczueducn。万方数据104 现代亿工 第33卷第3期第一个塔的塔釜需要加入热量，最后一个塔的塔顶蒸汽需要冷却介质进行冷凝，而其余各塔不再需要外界供热和冷却，所以具有非常明显的节能效果。以顺流三效分离流程为例，工艺流程见图1。Vl V2 V3图1 顺流三效工艺流程图多效精馏分离DMAc一水工艺的主要任务是通过优化计算，以确定各塔压力分布以及各塔冷凝器和再沸器的热负荷，保证相邻两塔塔顶和塔底的传热温差及热量匹配。因此利用Aspen Plus软件模拟计算时，对数据输入做出以下两点规定：(1)高压塔塔顶蒸汽所释放的潜热应等于相邻低压塔塔底物
9、料汽化所需的热量，考虑各效热损失为2，则有098Q。=Q，。+，。满足D，一f。+l。(f。取10以上)。2模拟计算21模拟规定拟分离的物料如下：进料量2万a，常温常压，其中含DMAC质量分数(下同)为35，水65。规定分离得到的DMAc产品的含量999，物性方法的选择将影响模拟结果准确性。对于极性体系，一般用wILSON方程、NRTL方程及UNQUIC方程等计算相平衡数据。通过体系在1013 kPa下的汽液平衡数据和文献9中提供的数据进行比较，发现用Aspen P1us数据库中的wILSON方程计算值与文献值基本一致，因而选用WILsON物性作为计算模型。22模拟结果规定以上模拟条件后，利用
10、ASPEN软件中的严格精馏模块(RADFRAc)和wILSON物性计算模型，利用Matlab程序对顺流双效精馏、三效精馏、四效精馏进行经济评估，分别对各效的设备费用和操作费用进行计算，得出顺流双效精馏、三效精馏、四效精馏的各效操作参数、整个多效分离体系的总资(2)高、低压塔塔顶和塔底物流的传热温差应 金模拟结果，见表1。表1顺流多效精馏与总资金计算结果3能耗分析利用Matlab程序对双效、三效、四效进行经济评估，以总资金的相对值最低为目标，即以总资金为考察变量，以效数为自变量，绘制效数与设备费用、操作费用及全年总费用(TAC)关系图，结果见图2，万方数据2()3年3月 高晓新等：顺流多效精馏回
11、收i瑚A(： 105可见其三效精馏总费用最低，经济效益最佳。1一设备费用；2一操作费用；3一TAC图2 顺流精馏的效数与费用确定最佳的工艺为热集成三效精馏工艺后，对采用的热集成技术进行了热量匹配分析。表2顺流三效精馏的热集成从表2中看出，高压塔T1的冷凝器温度为117，中压塔的塔釜温度为106，温度差为11，因此能保障正常换热，高压塔冷凝器热负荷大于中压塔再沸器热负荷，故中压塔塔底再沸器的热量可以完全由高压塔塔顶蒸汽提供。中压塔和低压塔类似，均满足多效精馏的规定。4结论(1)效数增加，冷凝器和再沸器的负荷减少，公用工程能耗减少，节能效果明显。(2)全年总费用(TAc)既有能耗成本也有年度资金回
12、收成本，效数增加能耗资金减少，但是TAc也增加，综合考虑顺流三效精馏最佳。(3)效数增加，能耗减低，但此时设备投资随之增加。考虑综合经济效益(装置的总运行费用)，研究结果表明，多效精馏工艺中以顺流三效精馏工艺最佳。参考文献1刘利，蒋进元，王俊钧，等内电解法处理含，一二甲基乙酰胺工业废水J环境工程学报，2010，4(2)：2692722林泉，朱慎林，戴猷元溶剂萃取法回收与处理含DMAc废水的研究J水处理技术，2002，28(4)：1961993宋珊珊，张林生，一二甲基甲酰胺(DMF)废水处理研究进展J2007，20(3)：67704刘志国DMF废水资源化无害化处理研究D南京：南京工业大学，200
13、55陈建林基于遗传算法的多效精馏节能技术研究D福州：福州大学，20056杨德明，郭新连多效精馏回收DMF工艺的研究J计算机与应用化学，2008，25(10)：18217杨德明，孙磊多效精馏分离甲醇一水体系的工艺研究J石油与天然气化工，2010，39(1)：14一178Hilde K Engelien，sigurd skogestadMulti-e艉ct distillation appliedto aIl industrial case studyJchemical Engineering and Processing，2005，44(8)：8198269Perry R，Perrychemic
14、a Engineeri“g M锄ualMBe巧i“g：chemicalIndustrv Press2002； 国内最大排量抽稠泵试验成功 鎏昌薹翁器震妻籍萎囊粟秉辈浮马鎏磬为塔河；妯稠昙冀息荐紫星詈鎏纛篓砉然的黧竺奎譬熹 美研制出可拉伸锂离子电池 ；i抽稠泵在THl2150井经过试验获得成功。该抽稠泵与地 夫甲叫1】卫阡趾网。吧。匕 ii面1000型皮带式抽油机配套，下井深2 509 m，最大理论排 美国西北大学和伊利诺伊大学的科研人员日前首次lo87654321恨投、匠敲万方数据顺流多效精馏回收DMAC作者： 高晓新， 马正飞， 杨德明， GAO Xiao-xin， MA Zheng-fei， YANG De-ming作者单位： 高晓新,GAO Xiao-xin(南京工业大学化学化工学院,江苏南京210009;常州大学石油化工学院,江苏常州213164)， 马正飞,MA Zheng-fei(南京工业大学化学化工学院,江苏南京,210009)， 杨德明,YANG De-ming(常州大学石油化工学院,江苏常州,213164)刊名： 现代化工英文刊名： Modern Chemical Industry年，卷(期)： 2013,33(3)本文链接：http:/
