張海杰 趙云龍

華北制藥河北華民藥業(yè)有限責(zé)任公司 河北石家莊 050000

在我國，有機溶媒常用于制藥，其本身具有直接、間接分散高分子化合物且不與該類高分子化合物發(fā)生反應(yīng)的性能，因此用途十分廣泛[1]。常見的有機溶媒主要包括二甲基甲酰胺、甲苯、芳烴、二氯甲烷、二硫化碳等等，該類物質(zhì)大多為有毒物質(zhì)，且據(jù)研究表明，該類物質(zhì)大多具有較強的致癌性，若放任常用有機溶媒的制藥、造紙及紡織企業(yè)對其進行排放將對自然環(huán)境造成巨大的損害。且由于有機溶媒成本價格較高、使用時能耗巨大，因此目前大多企業(yè)都已將注意力轉(zhuǎn)移到了溶媒的回收與節(jié)能領(lǐng)域。

1 精餾簡介

目前我國主要的溶媒回收方法屬于精餾操作中的一類，其主旨在于利用含有溶媒的廢料內(nèi)相對發(fā)揮度的差異將各組分進行分離，與簡單的蒸餾過程相比，精餾過程是利用精餾塔頂高濃度輕組分回流于蒸餾塔內(nèi)部建立氣液平衡的過程，該過程能夠?qū)崿F(xiàn)輕、重組分的深度分離。隨著回流比的增大，塔頂?shù)妮p組分濃度也會隨之升高，精餾塔板的數(shù)量也會隨之減少。

2 最小回流比

根據(jù)物料平衡，可以對精餾段操作線的方程進行推導(dǎo)，得到：

3 確定最少理論板數(shù)

由于降低塔板數(shù)可借由加大回流比來實現(xiàn)，因此實現(xiàn)全回流時，塔板數(shù)最小理論書應(yīng)當為Nmin。

根據(jù)全回流的特點可知，根據(jù)物料衡算可得出芬斯克方程：

4 計算塔板數(shù)

計算塔板數(shù)通常運用捷算法，而捷算法又會用到吉利蘭圖，橫坐標為最小回流比及回流比的差值比例，縱坐標為是理論最小塔板數(shù)與實際塔板數(shù)的差值比例，如此便可實現(xiàn)對回流比和實際塔板數(shù)的關(guān)聯(lián)[4]。

而吉利蘭圖也可以用李德公式來進行表示：

若0 ＜x ≤0.01，y =1-18.5715x

若0.01 ＜x ≤0.9，y =0.545827-0.591422x +0.002743/x

若0.9 ＜x ≤1，y =0.16595-0.16595x

綜上所述，精餾塔的塔板數(shù)計算應(yīng)當分為三步，第一步對最小回流比進行計算，第二部對理論最小塔板數(shù)進行計算，第三部對合適的回流比進行選擇，并利用李德公式實現(xiàn)塔板數(shù)的計算。

5 分析能耗

對蒸餾塔進行能量衡算，發(fā)現(xiàn)：

其中Rs為整齊的汽化熱，F(xiàn)×Hf為原料液所帶入的熱量，由于原料液帶入的熱量及餾出液帶走熱量與汽化熱、冷凝熱相比小得多，因此為對討論進行簡化，可將上方公式簡化為S×Rs≈Qc。

而由回流比的定義可知，R = L/D，如精餾塔采用泡點回流，塔頂能量達到平衡，則冷凝熱應(yīng)等于塔頂蒸出的蒸汽汽化熱。

對于連續(xù)精餾而言，蒸汽耗量以及加熱負荷都可以直接用利用以上結(jié)語進行計算，但針對塔頂采出輕組分濃度恒定的間歇精餾，回流比會隨著精餾過程的進度過程而不斷增大，而采出量則會不斷減少，塔釜傳熱負荷近似常數(shù)。由物料衡算可知，精餾塔的處理速度與塔釜汽化能力存在如下關(guān)系：

在該式中，V 是輕組分的汽化量，單位是kmol/s，F(xiàn) 是原料液的處理能力，單位是kmol/s，因R 是x 的函數(shù)，所以該式無法得出解析解，只能對數(shù)值進行解答。

6 節(jié)能措施

自熱力學(xué)角度進行分析，精餾過程內(nèi)能夠?qū)⒒旌衔锓蛛x為純度相對較高的組分，其本身也是熵降低的過程，因此需要外界做功，理想溶液分離功應(yīng)當為：

舉例而言，若將苯、甲苯、二甲苯的混合物分離為99.5%的苯，由上方公式可得，分離功是722KJ/kmol，如回流比能取2，則蒸餾過程則是92344KJ/kmol，精餾過程從理論來說仍有巨大的節(jié)能空間。通過節(jié)能的角度考慮，可以將有機溶媒可以轉(zhuǎn)變?yōu)榇笮偷膹U溶媒貯罐，可以將大批的原料液與之混合，一方面可以做到貯液量增大，滿足精餾進料的基本要求，另一方面也可以通過與原料液混合，原料液濃度相對穩(wěn)定，從而令間歇精餾轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)精餾，達到降低能耗的效果。除此之外，還可以采取多效精餾的方式，提高精餾過程內(nèi)的蒸汽利用率，若能夠?qū)崿F(xiàn)采用雙塔二效的精餾乙醇，基本可以做到節(jié)約百分之二十到四十的蒸汽耗量。雖說多效精餾的相關(guān)工藝目前仍存在設(shè)備投資高與系統(tǒng)復(fù)雜的問題，但在對量大、熱高、物質(zhì)穩(wěn)定性較強的溶媒回收過程中效果優(yōu)良，在對有機溶媒回收中具有絕對的積極意義。

7 結(jié)語

目前溶媒回收主要采取精餾的方法，當前我國的制藥企業(yè)應(yīng)當針對企業(yè)內(nèi)部的實際狀況，盡力地為連續(xù)精餾提供創(chuàng)造有利條件，相關(guān)企業(yè)應(yīng)當選擇回流比，從而使精餾設(shè)備的運行成本及投資達到最優(yōu)化。本文對間歇及連續(xù)精餾的計算公式與步驟進行了說明，并提出了溶媒回收工藝相關(guān)的節(jié)能措施。