变压精馏分离甲醇与碳酸二甲酯工艺流程的模拟

于鲁汕，张瑞英，张程前，王冠英，王前进，孙东林

（山东理工大学化学工程学院，山东淄博 255000）

变压精馏分离甲醇与碳酸二甲酯工艺流程的模拟

于鲁汕，张瑞英，张程前，王冠英，王前进，孙东林

（山东理工大学化学工程学院，山东淄博 255000）

甲醇（MeOH）与碳酸二甲酯（DMC）会形成共沸混合物，它们的共沸组成会随着压强变化，变压精馏是分离共沸混合物的其中一种有效方法。选择 Wilson模型作为热力学模型，回归了该热力学模型中的交互作用参数，然后用 Aspen Plus对变压精馏分离甲醇与碳酸二甲酯工艺流程进行了模拟与优化。通过该分离流程可以实现甲醇与碳酸二甲酯的分离，所得碳酸二甲酯的质量分数达到99.5%，甲醇的质量分数达到99.9%。

碳酸二甲酯；甲醇；共沸混合物；变压精馏；Aspen Plus

碳酸二甲酯（DMC）具有多种反应性能，是用途广泛的“绿色”化工产品。常压下，DMC与MeOH形成二元共沸物，共沸温度63.66℃，质量分数为：MeOH70.13%，DMC29.87%，其混合物不用常规方法分离。本文用Aspen Plus化工设计软件对变压精馏分离DMC-MeOH的工艺进行了模拟和优化，确定了分离的适宜条件，使DMC的质量分数达到99.8%，MeOH的质量分数达到99.9%。

1 甲醇-碳酸二甲酯体系的热力学分析

对混合物进行分离模拟计算，要确定热力学模型及相关参数，才能建立分离流程进行分离计算。由于Aspen Plus 数据库中缺少DMC-MeOH的热力学交互参数，根据文献[2]中的数据进行了二元交互作用参数进行了回归，并将回归所得的Wilson 模型参数代入进行气液平衡计算。基于甲醇的共沸组成会随着压强变大而变大这一规律，可以通过变压精馏实现DMC-MeOH的分离。

2 工艺过程模拟

2.1 工艺流程建立

本文研究的待分离DMC-MeOH混合物，物流条件如下：30℃，0.2MPa，其中DMC为4 500kmol/h，甲醇25 500kmol/ h。设计一个低压塔和一个高压塔串联的流程来分离DMC与MeOH的混合物，在低压塔中塔底得到质量分数≥99.9%的工业甲醇。塔顶的混合物（接近低压混合物恒沸组成）进入高压塔进一步分离，在高压塔的塔底得到质量分数≥99.8%的DMC产品。塔顶的混合物（接近高压混合物的恒沸组成）循环回低压塔再分离。实现DMC与MeOH混合物的完全分离。

2.2 精馏塔工艺参数的确定

采用Aspen Plus设计软件中的模型分析工具对低压塔和高压塔串联、变压分离DMC-MeOH混合物流程的工艺参数进行设计和优化，在理论板数和回流比尽可能小的情况下，使分离所得的DMC质量分数≥99.8%以上，MeOH的质量分数达到99.9%。

3 工艺流程优化模拟结果及物料衡算

流程模拟结果由表1所示，DMC的质量分数达到99.8%，甲醇的质量分数达到99.9%。

表1 甲醇、DMC的分离结果

本系统总物料衡算如表2所示，由表可知，该系统进料流量等于出料流量，遵守物料平衡，说明模拟结果可靠。

表2 全过程物料衡算

4 结束语

通过对低压塔和高压塔的影响因素进行分析，对工艺参数进行了优化，找到了最优参数，使DMC的质量分数达到99.8%，甲醇的质量分数达到99.9%，整个过程物料平衡，模拟工艺达到生产要求，对具体工厂生产具有巨大的指导意义。

[1] 杨德明，王 杨，廖 巧，等.基于双塔精馏的甲醇-碳酸二甲酯分离工艺[J].化工进展，2012，31（5）：1165-1168.

[2] 姚林祥，刘振锋，宋怀俊，等，变压精馏分离碳酸二甲酯与甲醇工艺流程的模拟[J].化学工程，2013，30（4）：32-35.

Simulation of Separation of Methanol and Dimethyl Carbonate by Pressure Distillation

Yu Lu-shan，Zhang Rui-ying，Zhang Cheng-qian，Wang Guan-ying，Wang Qian-jin，sun Dong-lin

Methanol（MeOH）and dimethyl carbonate（DMC）form an azeotropic mixture，and their azeotropic composition changes with pressure.Transformer distillation is one of the effective methods for separating azeotrope.The Wilson model was chosen as the thermodynamic model to analyze the interaction parameters in the thermodynamic model.Then，the process flow from methanol and dimethyl carbonate was simulated and optimized by Aspen Plus.The separation of methanol and dimethyl carbonate can be achieved through the separation process，the mass fraction of dimethyl carbonate reached 99.5%，and the mass fraction of methanol reached 99.9%.

dimethyl carbonate；methanol；azeotropic mixture；variable pressure distillation；Aspen Plus

TQ225.242

B

1003–6490（2017）05–0121–01

2017–03–05

于鲁汕（1961—），广东汕头人，副教授，主要研究方向为化工设计。