沈永梅，丁衛(wèi)林

（1.常州大學(xué) 計算機(jī)與人工智能學(xué)院，江蘇常州 213000；2.常州大學(xué)化工設(shè)計研究院有限公司，江蘇常州 213000）

1,4-二羥基蒽醌是紡織印染行業(yè)中的重要染料中間體，我國使用傳統(tǒng)的對苯二酚法和氯苯酚法生產(chǎn)1,4-二羥基蒽醌，均存在苯酐的轉(zhuǎn)化率低、原料用量大等缺點[1]。由于反應(yīng)原料過量最終形成了大量工業(yè)廢水，同時廢水里還有硫酸、硼酸、對苯二甲酸等原料。

按照現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝，每生產(chǎn)1 t的1,4-二羥基蒽醌約產(chǎn)生70 t廢水，而且廢水的色澤深、濃度高、有毒，如果不進(jìn)行處理就排放，廢水中的有機(jī)物和廢酸極易對環(huán)境造成污染。同時考慮到廢水中的鄰苯二甲酸、硫酸和硼酸也是重要的工業(yè)原料，因此通過合適的途徑可以把廢水中的有機(jī)物和廢酸資源化利用[2-3]。

本文設(shè)計了6 000 t/a廢水的鄰苯二甲酸精餾回收工藝，結(jié)合已有實驗結(jié)果利用Aspen軟件完成廢水中鄰苯二甲酸精餾回收的初步工程設(shè)計，對1,4-二羥基蒽醌廢水資源利用工業(yè)化的實現(xiàn)具有一定的指導(dǎo)意義。

1 流程設(shè)計

以1,4-二羥基蒽醌廢水原料，對其中的鄰苯二甲酸進(jìn)行資源化利用。廢水中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為4.80%、0.15%和0.15%的鄰苯二甲酸、硼酸和硫酸。

1.1 處理工藝路線

根據(jù)1,4-二羥基蒽醌廢水的特點，為實現(xiàn)廢水中的鄰苯二甲酸的資源化利用，采用分步處理回收的技術(shù)方案，技術(shù)路線和工藝過程為鄰苯二甲酸的吸附、吸附劑洗脫及鄰苯二甲酸的精餾回收，工藝路線見圖1[4]。

圖1 1,4-二羥基蒽醌廢水鄰苯二甲酸回收工藝

1.2 工藝流程說明

原料1,4-二羥基蒽醌廢水（0101）經(jīng)過預(yù)處理后，送入吸附塔（A0101）中吸附鄰苯二甲酸，其中吸附材料為NDA-404樹脂，在吸附塔中，鄰苯二甲酸的脫除率可達(dá)97%，經(jīng)過吸附的1,4-二羥基蒽醌廢水含有硼酸、硫酸（0103）去下一個工段處置。吸附鄰苯二甲酸的NDA-404樹脂（0102）進(jìn)入脫附塔，用酸性乙醇（0104）洗滌NDA-404樹脂，過濾液相產(chǎn)物可得到鹽酸、乙醇和鄰苯二甲酸的混合溶液（0105）；洗滌后的固相產(chǎn)物為NDA-404樹脂，再去吸附塔吸附鄰苯二甲酸[5-6]。

鹽酸、乙醇和鄰苯二甲酸的混合溶液在精餾塔（T0101）中進(jìn)行精餾分離，塔頂產(chǎn)物（0106）為鹽酸和乙醇的混合物，可以繼續(xù)用作洗脫劑；塔底產(chǎn)物（0107）為重組分的鄰苯二甲酸，經(jīng)進(jìn)一步冷凝后（0108）實現(xiàn)了1,4-二羥基蒽醌廢水中的鄰苯二甲酸的回收利用。

2 計算軟件與計算方法

2.1 計算軟件

Aspen Plus是一個生產(chǎn)裝置設(shè)計、穩(wěn)態(tài)模擬和優(yōu)化的大型通用流程模擬系統(tǒng)，廣泛用于全球各大化工、石化、煉油等過程工業(yè)。為實現(xiàn)鄰苯二甲酸的資源化利用，達(dá)到最高的回收率，應(yīng)用大型化工流程模擬軟件Aspen Plus對精餾塔（T0101）進(jìn)行工業(yè)化設(shè)計。

2.2 計算方法

由于Aspen Plus自帶豐富的物性數(shù)據(jù)庫和計算模塊，可以根據(jù)圖1的工藝進(jìn)行模擬計算，其中精餾塔T0101采用RadFrac模塊進(jìn)行計算，考察回流比、塔板數(shù)、進(jìn)料板位置對出料濃度（以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示）的影響。

3 結(jié)果與分析

為從乙醇、鹽酸和鄰苯二甲酸的混合溶液中回收鄰苯二甲酸，需確定精餾塔T0101的回流比和塔板數(shù)，通過簡單計算后，T0101的回流比設(shè)定為0.75，理論塔板數(shù)為12塊，以此為基準(zhǔn)研究回流比和塔板數(shù)的最優(yōu)值。

3.1 回流比的確定

化工生產(chǎn)中都要選擇合適的回流比，根據(jù)鄰苯二甲酸在塔釜產(chǎn)品中的濃度和塔釜的質(zhì)量流率對回流比進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，結(jié)果見圖2和圖3?；亓鞅仍酱螅谆厥盏泥彵蕉姿岬臐舛群土髀室苍礁?，但回流比越大，能耗越高，根據(jù)實際情況和能耗，合適的回流比為0.8，此時塔底可得鄰苯二甲酸的濃度為0.996 25，流率為 865.8 kg/h。

圖2 回流比對濃度的影響

圖3 回流比對流率的影響

3.2 塔板數(shù)的確定

為研究不同塔板數(shù)下的鄰苯二甲酸的濃度變化情況，進(jìn)行了靈敏度分析，結(jié)果如圖4所示。當(dāng)塔板數(shù)增加到14塊時，塔底鄰苯二甲酸濃度幾乎沒有明顯變化了，因此最佳塔板數(shù)設(shè)置為14塊。

圖4 塔板數(shù)對濃度的影響

3.3 進(jìn)料板位置的確定

尋找到最佳回流比和塔板數(shù)后，需要確定最佳進(jìn)料板位置。采用靈敏度分析，不同的進(jìn)料板位置收得塔底鄰苯二甲酸的濃度不同，濃度最高時選為進(jìn)料板。研究了從第5塊塔板開始進(jìn)料到第13塊塔板位置，分別得到的鄰苯二甲酸的濃度，所得結(jié)果如圖5所示。在第12塊塔板進(jìn)料，得到的鄰苯二甲酸的濃度為最高，可達(dá)0.996 3。

經(jīng)過以上簡捷計算和精確計算可知，T0101的理論塔板數(shù)為14塊，回流比為0.8，第12塊塔板進(jìn)料，此時在塔底得到的鄰苯二甲酸的濃度最高，回收率也最高，為97.3%。

圖5 進(jìn)料板對濃度的影響

4 結(jié)論

本文為回收1,4-二羥基蒽醌廢水中的鄰苯二甲酸進(jìn)行了工藝設(shè)計，實現(xiàn)了其資源化利用的工藝研究，在解決環(huán)境污染難題的同時帶來了經(jīng)濟(jì)效益。