http://www.xczzjd.cn/非均相共沸精餾法[1]是適用于難分離物系的一種常用方法，而Aspen Plus流程模擬軟件的應用為這一方法的實施提供了簡便有效的驗證途徑，并在乙二醇獨乙醚/甲基異丁基酮/水分離、工廠有機廢液中的1,1,2-三氯乙烷的回收、高純乙腈生產、乙醇/水共沸物分離[2]、回收廢液中丙二醇甲醚與四川丙二醇甲醚醋酸酯（PMA）[3,4]等領域均取得了成功的應用。

以2-氯乙醇/水共沸物的分離為例，采用非均相共沸精餾法，對Aspen Plus流程模擬軟件的分離過程進行介紹。

1 過程模擬

1.1物性分析查閱資料，選取環(huán)己烷、甲苯和1,2-二氯乙烷為分離2-氯乙醇/水共沸物[5]的共沸劑。利用Aspen Plus的共沸物搜索功能獲得了三種共沸劑與待分離物系形成的.低共沸物情況，如下表1所示，選擇物性方法NRTL。表1共沸劑與2-氯乙醇/水體系的共沸物情況。

由表1可知，環(huán)己烷做共沸劑時，與2-氯乙醇、水形成.低三元非均相共沸物，但共沸物中2-氯乙醇與水的質量比約為1:1.5，與待分離體系中2-氯乙醇/水共沸物的比例（1:1.5）相近，因而塔釜不能獲得高濃度2-氯乙醇，所以環(huán)己烷不宜作為共沸劑分離2-氯乙醇/水共沸物。

另外，由共沸數據可知，帶出等質量的水，需要的1,2-二氯乙烷的量遠大于甲苯；但甲苯與2-氯乙醇、水形成三元共沸物，提純過程中會帶出部分2-氯乙醇產品，而1,2-二氯乙烷則只與水形成二元共沸物，不會帶出2-氯乙醇，因此僅憑借共沸劑與2-氯乙醇、水的共沸情況，難以從甲苯與1,2-二氯乙烷中選取更為適合的共沸劑。下文將通過Aspen Plus的模擬和設計功能，以年度總費用[6]（Total annual cost, TAC）為指標在甲苯和1,2-二氯乙烷中選擇較優(yōu)共沸劑。

1.2共沸劑甲苯與1,2-二氯乙烷的比較

借助Aspen Ternary Map功能，選擇物性方法NRTL，可分別做出共沸劑甲苯、1,2-二氯乙烷與2-氯乙醇-水在三角形相圖[7]上的殘余曲線與40℃液-液相平衡曲線，圖中給出了三種組分所形成的二元、三元共沸點，可知甲苯、2-氯乙醇和水形成.低三元非均相共沸物，而1,2-二氯乙烷僅與水形成.低二元非均相共沸物，兩者作為共沸劑皆可通過共沸塔與油水分離器的組合將2-氯乙醇與水分離。

圖2 1,2-二氯乙烷-2-氯乙醇-水三元相圖

圖1甲苯-2-氯乙醇-水三元相圖

根據圖1、2可設計出圖3所示的非均相共沸精餾概念流程：2-氯乙醇/水共沸物進入共沸塔，塔釜出料為合格的2-氯乙醇，塔頂蒸汽被冷凝至40℃后進入層析器進行油水分離，含少量水的油相出料返回共沸塔塔頂；含少量共沸劑與2-氯乙醇的水相出料進入脫水塔，塔釜出料為含ppm級有機物的廢水，塔頂出料為共沸劑和2-氯乙醇與水形成的二元或三元共沸物，此共沸物循環(huán)回層析器繼續(xù)反應。

圖3 非均相共沸精餾分離2-氯乙醇/水流程

上述流程中，共沸塔的總塔板數和進料位置、脫水塔的總板數、進料位置和回流比影響了整個過程的投資費用和能耗，為獲得上述參數的.優(yōu)值，對于使用不同共沸劑的非均相共沸精餾流程，以TAC為目標函數，采用Luyben提出的序貫迭代法[8]進行參數優(yōu)化，結果如下表2所示，其中TAC =(資本成本+塔器成本)/回收期+蒸汽成本，詳細說明見文獻[6]，單位為美元。

表2 序貫迭代法參數優(yōu)化結果

2 模擬結果與討論

2.1 共沸劑分離結果

根據表2所示的參數，采用Aspen Plus對圖3所示的20000t/a2-氯乙醇/水混合物分離過程進行了模擬，得出共沸塔及脫水塔的尺寸參數及待分離物系的分離情況，模擬結果如表3、4所示。

表3塔尺寸參數

表4 不同共沸劑的模擬結果比較

由表4可知，無論甲苯還是1,2-二氯乙烷作為共沸劑，皆可在共沸塔的塔釜獲得合格的2-氯乙醇產品，但以1,2-二氯乙烷為共沸劑時，由于其帶水較少，導致油相回流量遠高于甲苯為共沸劑的情況。

2.2 模擬流程TAC計算數據

甲苯、1,2-二氯乙烷作為共沸劑，皆可實現共沸物2-氯乙醇/水的分離，在共沸塔的塔釜獲得合格的產品。在此情況下，以表3所示共沸塔、脫水塔尺寸參數進行TAC計算，得出下表5所示數據。

表5 TAC比較

由表5可知，對于兩種共沸劑，流程的能耗主要由共沸塔決定。甲苯為共沸劑時，由于共沸塔的油相回流量遠小于1,2-二氯乙烷為共沸劑時，使得其共沸塔能耗更低；而且由于以1,2-二氯乙烷為共沸劑時共沸塔的油相回流量遠大于以甲苯為共沸劑時，這兩點皆使得以甲苯為共沸劑的非均相共沸精餾流程的TAC較1,2-二氯乙烷更低，因此本文選擇甲苯為共沸劑。

3 結論

針對非均相共沸精餾法提純2-氯乙醇的過程，應用通用過程模擬軟件Aspen Plus，通過其物性分析功能，無需模擬即可排除環(huán)己烷為共沸劑，節(jié)省了過程開發(fā)時間；根據對三元相圖的分析，進行了使用不同共沸劑的分離過程的概念設計；.后，通過模擬和優(yōu)化確定了.佳共沸劑為甲苯，并確定了.優(yōu)工藝條件。