氯乙酸混合物凝固点的模拟计算

孙顺平，侯 振，张进治

（中国天辰工程有限公司，天津 300400）

氯乙酸混合物凝固点的模拟计算

孙顺平，侯 振，张进治

（中国天辰工程有限公司，天津 300400）

在氯乙酸的工程设计及生产操作过程中，氯乙酸混合物的凝固点是关键。验证了 Aspen 软件计算凝固点的可靠性，并模拟计算了氯乙酸混合物的凝固点，为工程设计、生产操作提供依据。

氯乙酸；凝固点；Aspen；模拟计算

1 概述

氯乙酸是一种重要的有机化工原料，主要用来生产羧甲基纤维素、油田化学品、表面活性剂等[1]。在氯乙酸装置的建设及生产运行过程中，氯乙酸混合物凝固点数据，保温、冷却、冷凝等过程的温度控制极为重要，以防止保温时提供的热量不够或者冷凝过量造成溶液凝固，而出现生产故障或者设计失败造成不必要的损失。目前氯乙酸混合物凝固点数据主要依靠经验，本文采用 Aspen 进行模拟计算为工程设计及生产运行提供依据。

2 理论基础

在一定外压下，液体逐渐冷却开始析出固体时的平衡温度称为液体的凝固点。对于溶液及混合物，在溶剂和溶质不形成固溶体的条件下，当溶剂中溶有少量的溶质形成稀溶液，则从溶液中析出固态纯溶剂的温度，即溶液的凝固点就会低于纯溶剂在同样外压下的凝固点，并且遵循一定的公式，这就是凝固点降低的现象。

对于混合体系，某一组分或多种组分凝固是一个涉及气液固的多相态平衡过程。对于处于相平衡的体系中，每一种组分在各个相中的逸度是相等的，即

用活度系数表示，则

f-逸度；ν，l，s-相态气、液、固；φν-气相逸度系数；x，y-摩尔分数；γ-活度系数；

溶剂的液相逸度用下式计算

θ*l为压力的 Poynting 校正系数，在低压下取值接近 1，实际按1计算。

气相逸度由状态方程计算，

R-摩尔气体常数；P，T-系统压力温度；V-总体积；Zm-为混合气体的压缩因子；n-计算组分的总物质的量。

3 Aspen计算结果验证

乙二醇防冻液是一种常见防冻剂，主要由乙二醇和水组成。为验证 Aspen 模拟计算凝固点的可靠性，首先用 Aspen计算了乙二醇防冻液的凝固点，并将结果与文献数据进行对比，见图1。可以看出，当乙二醇含量 ＜35% 或 ＞80% 时，计算值与文献值一致[2]，当乙二醇含量为 35%～80% 时，计算结果有一定偏差，接近共凝点温度偏差较大，为 -9.5℃，但整体来看，计算结果可以作为工程设计及生产操作的依据。

图1 乙二醇防冻液凝固点随浓度变化

4 结果与讨论

氯乙酸混合物体系主要包括氯乙酸、醋酸、水，分别对氯乙酸 -水、醋酸 -水二元体系，及氯乙酸 -醋酸 -水三元体系进行了计算。

4.1 氯乙酸-水体系

氯乙酸产品有两种形式：固体结片或80% 的水溶液，纯氯乙酸的凝固点为60℃，因此需要考虑产品的保温防止凝固。计算结果见图2，得出80% 的氯乙酸溶液凝固点为6.5℃，氯乙酸浓度增大时，产品凝固点升高，85% 的氯乙酸溶液凝固点为 16.6℃。此外，氯乙酸浓度为 60% 时有最低凝固点为 -25.7℃。纯乙酸的凝固点为 16.6℃，如果为 95% 的乙酸，则凝固点降低为10℃，见图3。

图2 氯乙酸溶液凝固点随浓度变化

图3 乙酸溶液凝固点随浓度变化

4.2 氯乙酸-乙酸-水体系

对于的三元体系，分计算了氯乙酸和水的质量比依次为2 ∶ 1、1 ∶ 1、1 ∶ 2时，体系凝固点随乙酸含量的变化，具体结果见图4～6。比较图4～6，可以看出随着三元体系中氯乙酸和水的比例降低，氯乙酸的凝固点曲线逐渐下降，而水的凝固点曲线逐渐提升，整体趋势符合理论分析。

图4 氯乙酸∶水=2∶1体系凝固点随乙酸浓度变化

5 结论

1）用 Aspen 模拟计算了乙二醇 -水溶液的凝固点和文献值比较，结果表明 Aspen 计算结果可作为工程设计依据，但需要注意当体系组成接近共凝点时偏差增大。

图5 氯乙酸∶水=1∶1体系凝固点随乙酸浓度变化

图6 氯乙酸∶水=1∶2体系凝固点随醋酸浓度变化

2）模拟计算了不同组成下氯乙酸 -水、醋酸 -水二元体系，及氯乙酸 -醋酸 -水三元体系凝固点数据，为工程设计提供了依据，为生产操作提供指导。

[1] 陈 浩.氯乙酸生产技术及市场分析[J].精细与专用化学品，2011，19（2）：1-4.

[2] 苏海鹏.乙二醇水溶液在油气集输加热工艺中的应用研究[J].石油化工应用，2013，32（4）：97-100.

Freezing Point of Chloroacetic Acid Mixture Simulated Calculation

Sun Shun-ping，Hou Zhen，Zhang Jin-zhi

For the engineer design and product operation of chloroacetic acid，freezing point of chloroacetic acid mixture is very important.Freezing point calculated by the Aspen software reliability is verified，Using Aspen to calculate and determine the freezing point of chloroacetic acid mixture，provide basis for engineer design and product operation.

chloroacetic acid；freezing point；aspen；simulated calculation

TQ028.31

A

1003-6490（2017）06-0165-02

2017-05-10

孙顺平（1985—），男，山东威海人，工程师，主要从事化工设计工作。