1,4二羟基蒽醌废水邻苯二甲酸回收利用研究

沈永梅，丁卫林

（1.常州大学 计算机与人工智能学院，江苏常州 213000；2.常州大学化工设计研究院有限公司，江苏常州 213000）

1,4-二羟基蒽醌是纺织印染行业中的重要染料中间体，我国使用传统的对苯二酚法和氯苯酚法生产1,4-二羟基蒽醌，均存在苯酐的转化率低、原料用量大等缺点[1]。由于反应原料过量最终形成了大量工业废水，同时废水里还有硫酸、硼酸、对苯二甲酸等原料。

按照现有的生产工艺，每生产1 t的1,4-二羟基蒽醌约产生70 t废水，而且废水的色泽深、浓度高、有毒，如果不进行处理就排放，废水中的有机物和废酸极易对环境造成污染。同时考虑到废水中的邻苯二甲酸、硫酸和硼酸也是重要的工业原料，因此通过合适的途径可以把废水中的有机物和废酸资源化利用[2-3]。

本文设计了6 000 t/a废水的邻苯二甲酸精馏回收工艺，结合已有实验结果利用Aspen软件完成废水中邻苯二甲酸精馏回收的初步工程设计，对1,4-二羟基蒽醌废水资源利用工业化的实现具有一定的指导意义。

1 流程设计

以1,4-二羟基蒽醌废水原料，对其中的邻苯二甲酸进行资源化利用。废水中含有质量分数分别为4.80%、0.15%和0.15%的邻苯二甲酸、硼酸和硫酸。

1.1 处理工艺路线

根据1,4-二羟基蒽醌废水的特点，为实现废水中的邻苯二甲酸的资源化利用，采用分步处理回收的技术方案，技术路线和工艺过程为邻苯二甲酸的吸附、吸附剂洗脱及邻苯二甲酸的精馏回收，工艺路线见图1[4]。

图1 1,4-二羟基蒽醌废水邻苯二甲酸回收工艺

1.2 工艺流程说明

原料1,4-二羟基蒽醌废水（0101）经过预处理后，送入吸附塔（A0101）中吸附邻苯二甲酸，其中吸附材料为NDA-404树脂，在吸附塔中，邻苯二甲酸的脱除率可达97%，经过吸附的1,4-二羟基蒽醌废水含有硼酸、硫酸（0103）去下一个工段处置。吸附邻苯二甲酸的NDA-404树脂（0102）进入脱附塔，用酸性乙醇（0104）洗涤NDA-404树脂，过滤液相产物可得到盐酸、乙醇和邻苯二甲酸的混合溶液（0105）；洗涤后的固相产物为NDA-404树脂，再去吸附塔吸附邻苯二甲酸[5-6]。

盐酸、乙醇和邻苯二甲酸的混合溶液在精馏塔（T0101）中进行精馏分离，塔顶产物（0106）为盐酸和乙醇的混合物，可以继续用作洗脱剂；塔底产物（0107）为重组分的邻苯二甲酸，经进一步冷凝后（0108）实现了1,4-二羟基蒽醌废水中的邻苯二甲酸的回收利用。

2 计算软件与计算方法

2.1 计算软件

Aspen Plus是一个生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统，广泛用于全球各大化工、石化、炼油等过程工业。为实现邻苯二甲酸的资源化利用，达到最高的回收率，应用大型化工流程模拟软件Aspen Plus对精馏塔（T0101）进行工业化设计。

2.2 计算方法

由于Aspen Plus自带丰富的物性数据库和计算模块，可以根据图1的工艺进行模拟计算，其中精馏塔T0101采用RadFrac模块进行计算，考察回流比、塔板数、进料板位置对出料浓度（以质量分数表示）的影响。

3 结果与分析

为从乙醇、盐酸和邻苯二甲酸的混合溶液中回收邻苯二甲酸，需确定精馏塔T0101的回流比和塔板数，通过简单计算后，T0101的回流比设定为0.75，理论塔板数为12块，以此为基准研究回流比和塔板数的最优值。

3.1 回流比的确定

化工生产中都要选择合适的回流比，根据邻苯二甲酸在塔釜产品中的浓度和塔釜的质量流率对回流比进行了优化设计，结果见图2和图3。回流比越大，塔底回收的邻苯二甲酸的浓度和流率也越高，但回流比越大，能耗越高，根据实际情况和能耗，合适的回流比为0.8，此时塔底可得邻苯二甲酸的浓度为0.996 25，流率为 865.8 kg/h。

图2 回流比对浓度的影响

图3 回流比对流率的影响

3.2 塔板数的确定

为研究不同塔板数下的邻苯二甲酸的浓度变化情况，进行了灵敏度分析，结果如图4所示。当塔板数增加到14块时，塔底邻苯二甲酸浓度几乎没有明显变化了，因此最佳塔板数设置为14块。

图4 塔板数对浓度的影响

3.3 进料板位置的确定

寻找到最佳回流比和塔板数后，需要确定最佳进料板位置。采用灵敏度分析，不同的进料板位置收得塔底邻苯二甲酸的浓度不同，浓度最高时选为进料板。研究了从第5块塔板开始进料到第13块塔板位置，分别得到的邻苯二甲酸的浓度，所得结果如图5所示。在第12块塔板进料，得到的邻苯二甲酸的浓度为最高，可达0.996 3。

经过以上简捷计算和精确计算可知，T0101的理论塔板数为14块，回流比为0.8，第12块塔板进料，此时在塔底得到的邻苯二甲酸的浓度最高，回收率也最高，为97.3%。

图5 进料板对浓度的影响

4 结论

本文为回收1,4-二羟基蒽醌废水中的邻苯二甲酸进行了工艺设计，实现了其资源化利用的工艺研究，在解决环境污染难题的同时带来了经济效益。