李迎春 , 魏菁華 , 侯占峰 , 劉 琛 , 王 靜 , 李勝軍 ， 王留賀 , 寧紅軍

(1.平頂山市神馬萬里化工股份有限公司 ， 河南 平頂山 467013 ; 2.河南省化工研究所有限責(zé)任公司 , 河南 鄭州 450052 ; 3.河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司 , 河南 平頂山 467013 ； 4.濮陽永金化工有限公司 ， 河南 濮陽 457000 )

?設(shè)計(jì)與計(jì)算?

環(huán)己醇現(xiàn)用精餾塔塔底液的黏度計(jì)算

李迎春1, 魏菁華2, 侯占峰2, 劉 琛2, 王 靜2, 李勝軍4， 王留賀3, 寧紅軍1

(1.平頂山市神馬萬里化工股份有限公司 ， 河南 平頂山 467013 ; 2.河南省化工研究所有限責(zé)任公司 , 河南 鄭州 450052 ; 3.河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司 , 河南 平頂山 467013 ； 4.濮陽永金化工有限公司 ， 河南 濮陽 457000 )

采用哈克流變儀在<100 ℃溫度條件下對(duì)環(huán)己醇和二環(huán)己基醚的黏度進(jìn)行測(cè)定，以orgin軟件擬合出環(huán)己醇的黏度—溫度關(guān)系式、二環(huán)己基醚的黏度—溫度關(guān)系式，并求得精餾塔工況溫度下的環(huán)己醇和二環(huán)己基醚黏度，為環(huán)己醇塔底液常壓連續(xù)精餾塔的實(shí)際塔效率計(jì)算提供了參考數(shù)據(jù)。

塔底液 ； 環(huán)己醇 ； 二環(huán)己基醚黏度

0 前言

隨著我國(guó)尼龍產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展和尼龍66鹽需求的增加，精己二酸的產(chǎn)能和產(chǎn)品質(zhì)量都有大幅度的提升，同時(shí)也對(duì)作為基礎(chǔ)原料的環(huán)己醇質(zhì)量提出了更加嚴(yán)格的要求，這使得環(huán)己醇精餾塔的精度及負(fù)荷增加，外排的塔底液數(shù)量劇增，造成了有效成分環(huán)己醇的損失和浪費(fèi)。由于環(huán)己醇精餾塔塔底料液含有環(huán)己烯、環(huán)己酮、環(huán)己醇和二環(huán)己基醚等多種組分，若采用減壓蒸餾技術(shù)，塔底料液中重組分和二環(huán)己基醚隨著環(huán)己醇夾帶蒸出量太多(約30%)，直接影響到環(huán)己醇的純度。如何在高效節(jié)能、經(jīng)濟(jì)合理的前提下，對(duì)環(huán)己醇生產(chǎn)過程產(chǎn)生的精餾塔塔底液中環(huán)己醇組分進(jìn)行回收利用，已成為急需解決的難題。神馬萬里建立了一套真空間歇精餾裝置回收環(huán)己醇，取得了顯著效益，下步試圖建設(shè)常壓連續(xù)聯(lián)合裝置，為此進(jìn)行了現(xiàn)在用的精餾塔塔底液的黏度計(jì)算，為計(jì)算塔效率提為參考。

1 塔底液組分檢測(cè)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

平頂山市神馬萬里化工股份有限公司T305環(huán)己醇精餾塔塔釜液(可作為常壓連續(xù)精餾的原料)。

1.2 分析儀器

美國(guó)Thermo Fisher ISQ氣質(zhì)聯(lián)用儀和四極質(zhì)量檢測(cè)器。色譜柱：HP-5MS，柱長(zhǎng)60 m，內(nèi)徑0.25 mm，膜厚0.25 μm，固定液為(5%-苯基)-甲基聚硅氧烷；自動(dòng)進(jìn)樣器進(jìn)樣量0.1 μL；載氣類型為氦氣，流量2 mL/min；控制模式，橫流模式；氣化室溫度280 ℃，分流比50∶1。色譜程序升溫：在初始溫度50 ℃下保持4min，然后以20 ℃/min速度升溫至80 ℃，不保持；接著以5 ℃/min升溫至120 ℃，不保持；最后以20 ℃/min升溫至280 ℃，保持20min。該柱箱最高使用溫度350 ℃。質(zhì)譜參數(shù)設(shè)置：離子傳輸管溫度280 ℃，離子源溫度250 ℃，溶劑延遲時(shí)間3.5min， 掃描范圍33～500amu，采點(diǎn)頻率0.2s-1。定性方法：質(zhì)譜。定量方法：面積歸一法。

1.3 結(jié)果分析

圖1 出峰時(shí)間為8.72 min時(shí)質(zhì)譜圖

經(jīng)檢索并與標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)比對(duì)，該物質(zhì)為環(huán)己醇，其化學(xué)結(jié)構(gòu)如下：

圖2 出峰時(shí)間為17.89 min時(shí)質(zhì)譜圖

經(jīng)檢索并與標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)比對(duì)，該物質(zhì)為二環(huán)己基醚，其化學(xué)結(jié)構(gòu)如下：

該化合物的相對(duì)分子質(zhì)量為182，其GC-MS標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)檢索結(jié)果如表1所示。

由表1可知，塔底液主要組分為環(huán)己醇和二環(huán)己基醚，兩者的物理化學(xué)參數(shù)，尤其是黏度和相對(duì)揮發(fā)度是精餾塔實(shí)際塔效率計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 黏度計(jì)算[1,2]

2.1 環(huán)己醇黏度的計(jì)算

利用哈克旋轉(zhuǎn)流變儀在<100 ℃溫度條件下環(huán)己醇的黏度進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見表2。

表2 環(huán)己醇黏度

根據(jù)表2數(shù)據(jù)，用orgin擬合出環(huán)己醇的黏度方程，如式(1)所示。

η= 70.678 13-1.880 34t+0.017 71t2-

5.580 57×10-5t3

(1)

表3為公式(1)的方差分析結(jié)果。由表3可知，該公式可信度達(dá)到99.842%。

將塔的算術(shù)平均工作溫度145 ℃代入公式(1)，得環(huán)己醇液體的黏度：

ηA=0.250 927 838 mPa·s

表3 環(huán)己醇黏度公式的方差分析結(jié)果

2.2 二環(huán)己基醚黏度的計(jì)算

利用哈克旋轉(zhuǎn)流變儀在<100 ℃溫度條件下對(duì)二環(huán)己基醚的黏度進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表4所示。

表4 二環(huán)己基醚黏度

根據(jù)表4數(shù)據(jù)，用orgin擬合出二環(huán)己基醚的黏度方程，如式(2)所示。

η= 15.995 66-0.334 71t+0.003 09t2

-9.980 63×10-6t3

(2)

表5為公式(2)的方差分析結(jié)果。由表中可知，該公式可信度達(dá)到99.664%。將塔的算術(shù)平均工作溫度145 ℃代入公式(2)，得環(huán)己醇液體的黏度：

ηB=2.002 761 866 mPa·s

表5 二環(huán)己基醚黏度公式的方差分析結(jié)果

2.3 多組分液相的黏度計(jì)算

現(xiàn)有精餾塔塔底液為新塔的原料，其黏度計(jì)算如式(3)所示。

μL=∑xiμLi

(3)

式中，μL，塔平均溫度下的黏度，mPa·s；μLi，液相中各組分i的黏度，mPa·s；xi，液相中各組分i的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)。

已知條件：液相中環(huán)己醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.872 490 317。則二環(huán)己基醚的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.127 509 683。將環(huán)己醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、黏度和二環(huán)己基醚的摩爾分?jǐn)?shù)、黏度代入公式(3)中，則新塔原料塔的黏度為：

μL=0.474 303 639 mPa·s

2.4 相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算[3,4]

溶液中兩組分揮發(fā)度之比稱為相對(duì)揮發(fā)度。其計(jì)算公式：

(4)

代入公式(4)得：

相對(duì)揮發(fā)度α=7.645 543 044

2.5 全塔效率計(jì)算

奧康奈爾法還將總板效率對(duì)液相黏度與相對(duì)揮發(fā)度的乘積進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并用下式表示：

(5)

將平均黏度和相對(duì)揮發(fā)度數(shù)值代入公式(5)得出全塔效率：

3 結(jié)論

以orgin軟件擬合的環(huán)己醇塔底液黏度—溫度關(guān)系式得出的環(huán)己醇和二環(huán)己基醚黏度，為環(huán)己醇塔底液常壓連續(xù)精餾塔的設(shè)計(jì)提供了參考數(shù)據(jù)，這為控制蒸餾釜內(nèi)溫度、塔頂溫度以及優(yōu)化操作工藝參數(shù)提供了支持。該工藝技術(shù)生產(chǎn)運(yùn)行成本低、設(shè)備投資少、工藝操作穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高，可實(shí)現(xiàn)環(huán)己醇工業(yè)廢液的高效利用，減少環(huán)境污染，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著。

[1] 馬沛生.化工數(shù)據(jù)[M].北京:中國(guó)石化出版社,2003:73-305.

[2] 馬沛生.化工數(shù)據(jù)教程[M].天津: 天津大學(xué)出版社,2008:57-160.

[3] 馬沛生,夏淑倩,夏 清.化工物性數(shù)據(jù)簡(jiǎn)明手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2013:115-320.

[4] 夏 清,陳常貴.化工原理[M].天津:天津大學(xué)出版社,2005:16-54.

2017-01-26

李迎春(1977-)，女，高級(jí)工程師，從事生產(chǎn)一線管理工作，電話：13903751917；聯(lián)系人：寧紅軍(1971-)，男，高級(jí)工程師，從事化工企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)管理工作，電話：13849553661。

TQ015，TQ352.722

B

1003-3467(2017)03-0051-03