Азеотропная дистилляция для разделения воды и уксусной кислоты с использованием n-пропил ацетата
В статье рассматривается азеотропная дистилляция с использованием n-пропил ацетата для разделения смеси уксусной кислоты и воды. Моделирование процесса проводилось в AVEVA PRO/II с использованием термодинамических пакетов UNIFAC и UNIQUAC-HOC. Анализ жизненного цикла показал снижение воздействия на окружающую среду по сравнению с обычной дистилляцией.
Азеотропная дистилляция для разделения воды и уксусной кислоты с использованием n-пропил ацетата
Ссылка: https://www.cetjournal.it/cet/25/117/159.pdf
Задача: разработка оптимального процесса разделения смеси уксусной кислоты (AcOH, 30% масс.) и воды до концентраций 60% и 90% масс. Проблема – азеотроп в системе вода-AcOH, делающий простую дистилляцию неэкономичной.
Инженерная проблема:
Простая бинарная дистилляция требует 33-37 ступеней и высокого рефлюкса (6). Использование энтрейнера (n-пропил ацетата) преодолевает азеотроп.
Программное обеспечение:
AVEVA PRO/II Simulation (2021).
Методология моделирования:
-
Выбор термодинамического пакета: Для системы вода-AcOH-n-пропил ацетат выбран UNIFAC (Temperature Dependent). Для бинарной системы вода-AcOH использован UNIQUAC-HOC.
-
Экспериментальная валидация: Испытания на лабораторной колонне (15 ступеней Рашига).
-
Симуляция в PRO/II: Shortcut-модель для первичных оценок, затем строгая модель с эффективностью Мёрфи (70% для обычных ступеней, 50% для ступеней с жидкость-жидкостным равновесием, VLLE).
Оптимизированные параметры:
Для концентрирования до 60%: Колонна T1: 9 ступеней, рефлюкс 1.0, питание на 5-й. Колонна T2: 5 ступеней, рефлюкс 1.0, питание на 3-й. Доля энтрейнера: 0.708.
Для концентрирования до 90%: T1: 15 ступеней, рефлюкс 1.0, питание на 8-й. T2: 7 ступеней, рефлюкс 1.0, питание на 4-й. Доля энтрейнера: 0.751.
Сравнение:
Бинарная дистилляция: 33-37 ступеней, рефлюкс 6.0.
Валидация:
Модель PRO/II показала отличное совпадение с экспериментальными данными.
Анализ жизненного цикла (LCA):
По сравнению с бинарной дистилляцией азеотропный процесс обеспечил снижение потенциала глобального потепления (GWP) на 25.6%, расхода пара на 36%, охлаждающей воды на 43%. Ключевой вклад в воздействие – пар (83.92%) и энтрейнер (16.02%).
Практические рекомендации:
UNIFAC адекватно предсказывает VLLE системы; для ступеней с VLLE эффективность следует снижать до 50%; двухколонная конфигурация упрощает регенерацию энтрейнера.
Теги
- #AVEVAPROII
- #АзеотропнаяДистилляция
- #UNIFAC
- #ЭкологическаяОценка
- #Валидация