化工学报 ›› 2020, Vol. 71 ›› Issue (1): 237-244.DOI: 10.11949/0438-1157.20191304
收稿日期:
2019-10-31
修回日期:
2019-11-10
出版日期:
2020-01-05
发布日期:
2020-01-05
通讯作者:
陈清林
作者简介:
胡建清(1990—),男,博士研究生,基金资助:
Jianqing HU1(),Kan WANG2,Bingjian ZHANG1,Qinglin CHEN1()
Received:
2019-10-31
Revised:
2019-11-10
Online:
2020-01-05
Published:
2020-01-05
Contact:
Qinglin CHEN
摘要:
针对原料油中饱和分与芳香分分离精度低导致糠醛精制工艺抽余油收率低、抽出油质量差的问题,提出基于热力学相图分析的糠醛精制工艺的改进策略。基于虚拟组分法简化润滑油组分为饱和分、芳香分和极性分,采用NRTL模型预测不同温度下的相平衡数据,分析抽提过程液液相平衡关系及操作条件对萃取过程的影响规律,发现温度是影响平衡组成和传质效率的关键因素。基于相图对萃取过程的分析,通过设计多级抽出液回收系统,多温度梯级分离抽出液,解决抽提塔在较低温度下难以操作的问题。结合实际糠醛精制装置进行模拟计算,结果表明设置多级抽出液回收系统,抽提过程溶剂比及冷热公用工程量适当增加,抽余油收率较原工艺提高10%以上,抽出油质量极大改善,显著提升糠醛精制工艺的分离效率。
中图分类号:
胡建清, 王侃, 张冰剑, 陈清林. 基于相图分析的润滑油糠醛精制工艺改进[J]. 化工学报, 2020, 71(1): 237-244.
Jianqing HU, Kan WANG, Bingjian ZHANG, Qinglin CHEN. Retrofit for lubricating furfural refining process based on phase diagram analysis[J]. CIESC Journal, 2020, 71(1): 237-244.
组分i | 组分j | aij | aji | bij | bji | αij |
---|---|---|---|---|---|---|
饱和分 | 芳香分 | -19.7 | -12.22 | 4642.08 | 3829.23 | 0.3 |
饱和分 | 极性分 | 43.83 | -3.34 | -8716 | 137.31 | 0.3 |
饱和分 | 糠醛 | 1.97 | -6.29 | -504.69 | 3669.99 | 0.2 |
芳香分 | 极性分 | -91.19 | -14.48 | 37116.85 | 4553.73 | 0.3 |
芳香分 | 糠醛 | -12.88 | -16.67 | 4258.99 | 4558.48 | 0.3 |
极性分 | 糠醛 | -0.37 | 21.66 | -533.54 | -5373.13 | 0.3 |
表1 NRTL模型中二元交互作用参数
Table 1 Binary interaction parameters of NRTL model
组分i | 组分j | aij | aji | bij | bji | αij |
---|---|---|---|---|---|---|
饱和分 | 芳香分 | -19.7 | -12.22 | 4642.08 | 3829.23 | 0.3 |
饱和分 | 极性分 | 43.83 | -3.34 | -8716 | 137.31 | 0.3 |
饱和分 | 糠醛 | 1.97 | -6.29 | -504.69 | 3669.99 | 0.2 |
芳香分 | 极性分 | -91.19 | -14.48 | 37116.85 | 4553.73 | 0.3 |
芳香分 | 糠醛 | -12.88 | -16.67 | 4258.99 | 4558.48 | 0.3 |
极性分 | 糠醛 | -0.37 | 21.66 | -533.54 | -5373.13 | 0.3 |
序号 | 萃余相 | 萃取相 | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 0.9062 | 0.0007 | 0.0931 | 0.0273 | 0.0006 | 0.9721 |
2 | 0.8466 | 0.0614 | 0.0920 | 0.0348 | 0.0899 | 0.8753 |
3 | 0.7425 | 0.1468 | 0.1107 | 0.0520 | 0.1783 | 0.7697 |
4 | 0.6467 | 0.2158 | 0.1375 | 0.0789 | 0.2471 | 0.6740 |
5 | 0.5584 | 0.2697 | 0.1719 | 0.1140 | 0.2996 | 0.5864 |
6 | 0.4765 | 0.3109 | 0.2126 | 0.1585 | 0.3333 | 0.5082 |
7 | 0.4013 | 0.3385 | 0.2602 | 0.2097 | 0.3536 | 0.4367 |
8 | 0.3324 | 0.3536 | 0.3140 | 0.2673 | 0.3611 | 0.3716 |
表2 润滑油糠醛体系相平衡数据(60℃)
Table 2 Equilibrium data of furfural and lubricant(60℃)
序号 | 萃余相 | 萃取相 | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 0.9062 | 0.0007 | 0.0931 | 0.0273 | 0.0006 | 0.9721 |
2 | 0.8466 | 0.0614 | 0.0920 | 0.0348 | 0.0899 | 0.8753 |
3 | 0.7425 | 0.1468 | 0.1107 | 0.0520 | 0.1783 | 0.7697 |
4 | 0.6467 | 0.2158 | 0.1375 | 0.0789 | 0.2471 | 0.6740 |
5 | 0.5584 | 0.2697 | 0.1719 | 0.1140 | 0.2996 | 0.5864 |
6 | 0.4765 | 0.3109 | 0.2126 | 0.1585 | 0.3333 | 0.5082 |
7 | 0.4013 | 0.3385 | 0.2602 | 0.2097 | 0.3536 | 0.4367 |
8 | 0.3324 | 0.3536 | 0.3140 | 0.2673 | 0.3611 | 0.3716 |
原料油性质 | 原料油组成 | ||
---|---|---|---|
参数 | 数值 | 组分 | 含量 |
平均沸点/℃ | 360 | 饱和分/%(mass) | 51.6 |
密度(20℃)/(g/ml) | 0.892 | 芳香分/%(mass) | 45.0 |
密度(15.6℃) | 0.913 | 极性分/%(mass) | 1.1 |
折射率(70℃) | 1.4922 | 硫含量/%(mass) | 2.3 |
表3 原料油性质及组成
Table 3 Properties and composition of feed flow
原料油性质 | 原料油组成 | ||
---|---|---|---|
参数 | 数值 | 组分 | 含量 |
平均沸点/℃ | 360 | 饱和分/%(mass) | 51.6 |
密度(20℃)/(g/ml) | 0.892 | 芳香分/%(mass) | 45.0 |
密度(15.6℃) | 0.913 | 极性分/%(mass) | 1.1 |
折射率(70℃) | 1.4922 | 硫含量/%(mass) | 2.3 |
参数 | 数值 |
---|---|
原料油流量/(t/h) | 60 |
原料油进塔温度/℃ | 80 |
糠醛进塔温度/℃ | 110 |
抽提塔操作压力(绝压)/MPa | 0.5 |
抽提塔理论板数 | 4 |
抽余油芳香分含量/%(mass) | ≤10 |
抽余油硫含量/%(mass) | ≤0.5 |
糠醛分流比(一段/二段) | 3 |
表4 设备条件、操作参数及产品规定
Table 4 Parameters of practical plant and product regulations
参数 | 数值 |
---|---|
原料油流量/(t/h) | 60 |
原料油进塔温度/℃ | 80 |
糠醛进塔温度/℃ | 110 |
抽提塔操作压力(绝压)/MPa | 0.5 |
抽提塔理论板数 | 4 |
抽余油芳香分含量/%(mass) | ≤10 |
抽余油硫含量/%(mass) | ≤0.5 |
糠醛分流比(一段/二段) | 3 |
参数 | 基准工况 | 模拟工况 | 误差/% |
---|---|---|---|
原料油流量/(t/h) | 62.8 | 60 | 4.4 |
原料油流量/(t/h) | 178.0 | 173.4 | 2.6 |
抽提塔顶温度/℃ | 100.6 | 103.0 | 2.4 |
抽余油 饱和分含量/%(mass) | 87.8 | 88.9 | 1.3 |
抽出油 芳香分含量/%(mass) | 69.1 | 70.4 | 1.9 |
抽出油 极性分含量/%(mass) | 1.1 | 1.09 | 1.0 |
装置能耗/MW | 88.2 | 85.1 | 3.8 |
表5 装置运行与模拟数据分析
Table 5 Analysis of productive and simulation data
参数 | 基准工况 | 模拟工况 | 误差/% |
---|---|---|---|
原料油流量/(t/h) | 62.8 | 60 | 4.4 |
原料油流量/(t/h) | 178.0 | 173.4 | 2.6 |
抽提塔顶温度/℃ | 100.6 | 103.0 | 2.4 |
抽余油 饱和分含量/%(mass) | 87.8 | 88.9 | 1.3 |
抽出油 芳香分含量/%(mass) | 69.1 | 70.4 | 1.9 |
抽出油 极性分含量/%(mass) | 1.1 | 1.09 | 1.0 |
装置能耗/MW | 88.2 | 85.1 | 3.8 |
项 目 | 原工艺 | 一级回收 | 二级回收 |
---|---|---|---|
抽余油收率/% | 37.5 | 54.0 | 55.7 |
抽余油饱和分/%(mass) | 88.9 | 90.1 | 90.1 |
抽余油芳香分/%(mass) | 9.7 | 9.3 | 9.3 |
抽余油硫含量/%(mass) | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
抽出油饱和分/%(mass) | 24.6 | 8.6 | 5.5 |
抽出油芳香分/%(mass) | 70.4 | 87.0 | 88.6 |
抽出油硫含量/%(mass) | 4.1 | 4.9 | 4.8 |
表6 原工艺和改进工艺物流组成模拟结果
Table 6 Simulation results of the original and modified process
项 目 | 原工艺 | 一级回收 | 二级回收 |
---|---|---|---|
抽余油收率/% | 37.5 | 54.0 | 55.7 |
抽余油饱和分/%(mass) | 88.9 | 90.1 | 90.1 |
抽余油芳香分/%(mass) | 9.7 | 9.3 | 9.3 |
抽余油硫含量/%(mass) | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
抽出油饱和分/%(mass) | 24.6 | 8.6 | 5.5 |
抽出油芳香分/%(mass) | 70.4 | 87.0 | 88.6 |
抽出油硫含量/%(mass) | 4.1 | 4.9 | 4.8 |
项 目 | 原工艺 | 一级回收 | 二级回收 |
---|---|---|---|
抽余油流量/(t/h) | 13.8 | 19.7 | 21.4 |
抽出油流量/(t/h) | 46.8 | 41.5 | 40.2 |
循环糠醛/(t/h) | 173.4 | 205.2 | 211.2 |
新鲜糠醛/(t/h) | 0.86 | 1.54 | 1.61 |
冷却器负荷/MW | — | 6.52 | 6.72 |
— | — | 1.76 | |
加热器负荷/MW | — | 0.48 | 0.54 |
表7 原工艺和改进工艺能耗物耗对比
Table 7 Comparison of material and energy consumption
项 目 | 原工艺 | 一级回收 | 二级回收 |
---|---|---|---|
抽余油流量/(t/h) | 13.8 | 19.7 | 21.4 |
抽出油流量/(t/h) | 46.8 | 41.5 | 40.2 |
循环糠醛/(t/h) | 173.4 | 205.2 | 211.2 |
新鲜糠醛/(t/h) | 0.86 | 1.54 | 1.61 |
冷却器负荷/MW | — | 6.52 | 6.72 |
— | — | 1.76 | |
加热器负荷/MW | — | 0.48 | 0.54 |
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