高原地区模拟分离乙醇菜体系的可行性探讨

高建 王克良

摘 要：选择离子液体作为萃取剂，采用萃取精馏分离乙醇-水体系。六盘水地区的气压低于标准大气压，模拟计算时不能直接引用文献中的物性参数和相互作用数据，分离体系中的汽液平衡数据需要由实验测定，将实验数据导入Aspen Plus软件进行流程模拟计算。在此过程中，采用实验和计算相结合的方法筛选新型离子液体，为无水乙醇在六盘水地区的大规模商业化生产提供理论指导。

关键词：萃取精馏；乙醇；离子液体；模拟

无水乙醇在工业产品中占有非常重要的位置，是化工、军事、医药和化妆品等领域不可缺少的基础原料。[1]另外乙醇可以用作交通工具的清洁燃料。科学界对乙醇开展了系统性研究，其中乙醇的提纯是研究的热点和难点。[2]在标准大气压下，乙醇和水极易混合生成共沸物，共沸物中含有至少4.4%水（质量分数），常规分离方法（例如精馏、蒸馏）不能得到无水乙醇。在各种解决方案中，萃取精馏是一个较好选择[3-5]

1 萃取精馏法

在萃取精馏分离乙醇-水体系过程中，为了打破共沸现象，需要加入萃取剂，使混合物中各组分的相对挥发度发生变化，通过该过程产出无水乙醇。[6，7]和其他精馏不同的是，该过程不生成共沸物，萃取剂的加入只是改变相关体系的相对挥发度。水和萃取剂从塔底进入溶剂回收装置，乙醇从精馏塔塔顶出来。提纯后的萃取剂再次进入萃取精馏塔进行循环利用。[8，9]

萃取精馏拥有操作简单和处理量大的优势，是高效分离乙醇-水的分离方法，其流程图见下图。

由上图可知，该过程需要从塔顶导入萃取剂，萃取剂在塔内分布均衡，其在每一块塔板上都起着作用。值得注意的是，不能从第一块塔板加入萃取剂，这是为了降低萃取剂的损耗，通常从第三块塔板处加入。为了减小塔釜再沸器的热负荷，原料以气态混合状态从下部加入上述裝置。[11]

萃取精馏技术在工业生产中有着广泛的应用，学术界对此展开了深入广泛的研究。萃取精馏是制备无水乙醇的最佳选择。

2 Aspen Plus软件在萃取精馏中的应用

Aspen Plus软件是全世界最优秀的化工模拟软件，它精确且全面模拟了从单元操作到整个工艺的流程。[12]其广泛应用于模拟精馏，极大推动了石油化工的发展。[13]在它的大规模应用推广过程中，发现需要完善相关物性数据库且物性估算方法有待改进。[14]

本文准备在分离乙醇-水体系过程中加入离子液体作为萃取剂，重点研究Aspen Plus软件模拟优化相关工艺流程。但是本研究所在地六盘水市处于云贵高原地区，当地大气压低于标准大气压；在研究过程中，不能直接引用文献报道的物性参数。考虑到上述问题，本研究计划首先通过实验测定反应物料的汽液平衡数据，然后将相关数据导入Aspen Plus软件进行流程模拟计算。[16-18]相关研究成果有助于筛选新型萃取剂，达到节能减排的效果。[19-21]

3 结语

无水乙醇在工业生产中发挥着举足轻重的作用，但是常规分离手段不能高效分离乙醇和水的混合物得到合格的无水乙醇，萃取精馏是最合适的分离技术。[22]现在，萃取精馏技术还在不断发展中，它存在着能耗大和溶剂消耗多等多种问题。在各种问题中，萃取剂的选择是最大的挑战。[23，24]

离子液体是解决上述问题的理想选择，它一直是萃取精馏分离乙醇-水体系的研究热点，本研究计划使用离子液体萃取精馏分离乙醇-水。首先，实验测定乙醇-水-萃取剂体系的汽液平衡数据，利用热力学预测模型关联得到二元交互作用参数；然后，将相关参数导入Aspen Plus软件进行过程模拟与优化。本研究对工艺改进及设备设计等具有重要意义，为无水乙醇在六盘水地区的大规模商业化生产提供理论指导。

参考文献：

[1]孙德芳，邵旻，周政，等.减压精馏法制备无水乙醇的研究[J].现代化工，2010，30（6）：74-77.

[2]黄守莹，王悦，吕静，等.合成气经二甲醚/乙酸甲酯制无水乙醇的研究进展[J].化工学报，2016，67（1）：240-247.

[3]冯树波，赵亚男.萃取剂沸点对萃取精馏制取无水乙醇总能耗的影响分析[J].计算机与应用化学，2015，32（7）：851-854.

[4]王小光，杨月云.应用ChemCAD软件模拟加盐萃取无水乙醇精馏过程[J].化学工程，2011，39（9）：98-102.

[5]任佳伟，王宝华，冉晓萌，等.加离子液体萃取精馏制取无水乙醇的实验研究[J].现代化工，2013，33（8）：107-110.

[6]袁旭宏，熊双喜.乙醇-水体系的间歇萃取精馏[J].科学技术与工程，2012，12（31）：8451-8453.

[7]杨亚鸣，范章豪，吴淑晶，等.加盐萃取精馏分离乙醇-水体系的研究进展[J].河南化工，2014，31（10）：21-23.

[8]张志刚，贾庆波，李文秀，等.减压间歇萃取精馏分离乙酸乙酯和乙醇[J].化学工程，2010，38 （12）：5-7.

[9]刘艳杰，王桂英，高维平.萃取精馏分离乙醇-甲苯共沸体系的模拟与优化[J].计算机与应用化学，2015，32 （4）：431-434.

[10]朱炜，张少伟，金文叶.带有热量集成的乙醇-水萃取精馏过程模拟[J].计算机与应用化学，2015 （2）：208-212.

[11]刘艳杰，王桂英，高维平.萃取精馏分离乙醇-甲苯共沸体系的模拟与优化[J].计算机与应用化学，2015，32 （4）：431-434.

[12]潘晓梅，晏芸，徐积武，等.间歇萃取精馏分离二氯甲烷-乙醇-水体系的模拟及实验研究[J].东南大学学报（自然科学版），2012，42（3）：511-515.

[13]苗剑，史高峰，王国英，等.基于Aspen Plus的聚甲氧基二甲醚精馏过程模拟分析[J].计算机与应用化学，2015，32（1）：119-123.

[14]朱建宁，陆文斌.基于Aspen Plus用户模型的甲醇精馏模拟与分析[J].上海化工，2012，37（8）：13-16.

[15]袁朱琳，恽庆，董继红，等.碳酸乙烯酯水解法制乙二醇精馏单元的Aspen Plus模拟研究[J].盐城工学院学报（自然科学版），2016，29（3）：69-73.

[16]薛科创，许航线.Aspen Plus 7.3在精馏设计中的应用[J].安徽化工，2014，1（1）：43-44.

[17]闫君芝，张建东.Aspen Plus模拟乙醇-正丙醇精馏分离[J].广东化工，2016，43（21）：29-30.

[18]杨振军，赵学军.Aspen Plus模拟分析氯醇化法环氧丙烷精馏[J].氯碱工业，2017，53（4）：26-29.

[19]毛进林，王小露.ASPEN PLUS在煤制甲醇三塔精馏工艺中的应用[J].广州化工，2013，41（3）：135-136.

[20]李惠萍，李焕新，李雪平，等.基于Aspen Plus的煤气化副产物粗酚的分离精制[J].郑州大学学报（工学版），2015，36（1）：28-32.

[21]刘瑞璨，李明哲，杨荣华，等.基于ASPEN PLUS软件的正丁醇精馏工艺设计[J].化工装备技术，2013，34（6）：10-12.

[22]苏义意，吴淑晶，沙洲.溶剂加盐对乙醇-水分离效果的研究[J].河南化工，2017，34（5）：18-20.

[23]胡华俊，周海伦.燃料乙醇制备方法研究进展[J].广州化工，2010，38（8）：35-37.

[24]苏义意，吴淑晶，沙洲.利用新型萃取剂制取无水乙醇的研究[J].河南化工，2016，33（3）：23-25.