工業(yè)廢水中吡啶回收的課件

工業(yè)廢水中吡啶回收的

模擬及優(yōu)化

Simulation&optimizationofrecoveryofpyridineintheindustrialwastewater

報(bào)告人：徐科峰張焰峰指導(dǎo)教師：錢宇教授陸恩錫教授工業(yè)廢水中吡啶回收的

模擬及優(yōu)化

Simulation&內(nèi)容提要1.項(xiàng)目的研究背景2.工藝改進(jìn)3.過(guò)程優(yōu)化模擬4.模擬結(jié)果和分析內(nèi)容提要1.項(xiàng)目的研究背景一、項(xiàng)目的研究背景

化學(xué)工業(yè)，尤其是以有機(jī)合成為核心技術(shù)的精細(xì)化工，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中有突出的貢獻(xiàn)，但同時(shí)也帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，是僅次與核工業(yè)的污染大戶。化學(xué)工業(yè)對(duì)環(huán)境有兩方面的原因：一方面是產(chǎn)生的三廢；另一方面是某些化工產(chǎn)品在使用過(guò)程中產(chǎn)生的二次污染。一、項(xiàng)目的研究背景化學(xué)工業(yè)，尤其是以有機(jī)合成為

據(jù)統(tǒng)計(jì)（2000年），在全國(guó)工業(yè)部門中，化學(xué)工業(yè)所產(chǎn)生的廢物排放量幾個(gè)行業(yè)前列。名稱所居位次占全國(guó)總排放量％廢液220-23廢氣35-7廢渣48-10有毒物質(zhì)1-表1.全國(guó)化工行業(yè)廢物排放情況據(jù)統(tǒng)計(jì)（2000年），在全國(guó)工業(yè)部門中，化學(xué)工業(yè)所

如此多的三廢排放量，勢(shì)必對(duì)治理工作造成極大的負(fù)荷，再加上有些企業(yè)只顧眼前利益，或者治理不達(dá)達(dá)標(biāo)，或者未加治理，這不僅不利于環(huán)境，也成為制約生產(chǎn)力發(fā)展的一大障礙。因此我們應(yīng)該盡量推行清潔生產(chǎn)和綠色技術(shù)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，對(duì)舊工藝進(jìn)行改造或引入新技術(shù)來(lái)盡可能的變廢為寶，以環(huán)保養(yǎng)環(huán)保。如此多的三廢排放量，勢(shì)必對(duì)治理工作造成極大的負(fù)荷改造項(xiàng)目簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目原是某制藥廠生產(chǎn)醫(yī)藥中間體所排放出來(lái)的廢水，其中含有一定量的未回收的用作反應(yīng)溶劑的吡啶。吡啶常用作甾類合成和有機(jī)溶劑，其在工業(yè)生產(chǎn)中單耗較高，價(jià)格又較貴，且對(duì)環(huán)境又有一定的污染性，因此對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中的吡啶回收有著實(shí)際的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保意義。一方面可以降低生產(chǎn)成本，一方面可以解決環(huán)保問(wèn)題。

改造項(xiàng)目簡(jiǎn)介本項(xiàng)目原是某制藥廠生產(chǎn)醫(yī)藥中間體所原回收工藝

將含吡啶的母液加過(guò)量的固堿。游離出吡啶，靜置分層。分出的含水吡啶層進(jìn)行蒸餾，先篜出吡啶-水共沸物（套入下批再用堿處理），隨后收集水份小于<0.5%的吡啶，即為回收吡啶供生產(chǎn)上套用。此方法吡啶回收率低，大約69％左右，而且堿的耗用大。在這里為了方便，將吡啶回收工藝分成兩部分：預(yù)處理部分和分離部分。原回收工藝將含吡啶的母液加過(guò)量的固堿。游離出吡Fig1.原有吡啶回收工藝的預(yù)處理部分B1.蒸發(fā)釜B2.反應(yīng)釜B3.離心機(jī)1.吡啶母液2.水蒸氣3.吡啶濃縮液4.吡啶與鹽固液混合體5.食鹽6.含水吡啶層Fig1.原有吡啶回收工藝的預(yù)處理部分

Fig2.原有吡啶回收工藝的分離部分B1.蒸餾塔1.含水吡啶層2.吡啶3.吡啶與水共沸物Fig2.原有吡啶回收工藝的分離部分二、工藝改進(jìn)（1）生產(chǎn)中固堿用量過(guò)大，我們可采取食鹽代替大部分堿進(jìn)行鹽析，以減少固堿的用量，而且食鹽的價(jià)格也比固堿要為便宜，且對(duì)人體影響也較小，在一定程度也是減少了污染源，且食鹽可以重復(fù)使用。（2）在原有工藝中的對(duì)含水吡啶層因?yàn)檫拎づc水形成共沸物，因此水和吡啶若采用共沸蒸餾的方法實(shí)際上是很難分得開(kāi)的，因此分離效率也就不好。若是往其中加入一種萃取劑，此種萃取劑與水極難溶，而與吡啶可互溶，且此種萃取劑工業(yè)上易得，性質(zhì)較穩(wěn)定可以重復(fù)循環(huán)使用，而且較易與吡啶進(jìn)行后道工序分離。二、工藝改進(jìn)（1）生產(chǎn)中固堿用量過(guò)大，我們可采取食鹽萃取劑的選取

萃取劑的選取在此非常重要，我們將集中工業(yè)上常用的萃取劑在此進(jìn)行分析比較，從中進(jìn)行選取。沸點(diǎn)/oc是否與水互溶是否與吡啶互溶其他氯仿61～62否，難溶于水是可與水在產(chǎn)壓下形成共沸物，共沸點(diǎn)56.1苯80.1否，微溶于水是甲苯110.6否，極微溶于水是

從上面比較來(lái)看，氯仿的沸點(diǎn)較低，與水可形成共沸物，其共沸點(diǎn)較低，而且氯仿和水可自動(dòng)分層。而且氯仿的價(jià)格也較甲苯要的許多，且比氯仿的毒性要較苯和甲苯要小。在此選取氯仿為萃取劑。萃取劑的選取

萃取劑的選取在此非常重要，我們改進(jìn)后的工藝

在此，我們?yōu)榱朔奖阋彩菍⒄麄€(gè)工藝流程分成兩塊：預(yù)處理部分和分離部分。預(yù)處理部分的流程裝置基本上沒(méi)有作大的變動(dòng)，原先的設(shè)備仍舊可以繼續(xù)使用，只是減少了堿的量，而改加工業(yè)級(jí)食鹽進(jìn)行鹽析，然后進(jìn)行離心分離或抽濾得到待分離的萃取液。得到的萃取液先送入蒸餾塔進(jìn)行共沸脫水，得到的水和氯仿共沸物靜置分層就可以得到水和氯仿，其中氯仿回收再用，水排出；塔釜排出的氯仿和吡啶混和液送入精餾塔進(jìn)行精餾分離，塔頂為氯仿，塔釜為吡啶，得到的氯仿回收再用。改進(jìn)后的工藝在此，我們?yōu)榱朔奖阋彩菍⒄麄€(gè)工藝流Fig3.改進(jìn)后的吡啶分離工藝流程圖B1.萃取塔B2.蒸餾塔B2-1.加熱器B3.去水器B4.精餾塔B5.混和器B6.泵1.氯仿2.吡啶和水3.7.水4.吡啶萃取液5.水和氯仿共沸物6.氯仿和吡啶8.9.11.氯仿10.吡啶Fig3.改進(jìn)后的吡啶分離工藝流程圖三、過(guò)程優(yōu)化模擬

我們輸入基本的信息，因?yàn)轭A(yù)處理部分工序基本上沒(méi)大的變化，因此進(jìn)入下一道分離工序的吡啶物流狀況我們不妨假設(shè)與原先一樣。輸入的基本數(shù)據(jù)：物流編號(hào)吡啶（kmol/s）水氯仿溫度/oc壓力KPa1氯仿01.549.5302002吡啶和水3090030200三、過(guò)程優(yōu)化模擬我們輸入基本的信息，因?yàn)轭A(yù)處理部萃取塔的模擬及優(yōu)化

萃取塔塔板數(shù)對(duì)實(shí)際萃取效率的影響，萃取塔半數(shù)板數(shù)越多則萃取效果越好，但是操作成本越高，在滿足環(huán)保的要求下，我們應(yīng)該盡可能選取較恰當(dāng)?shù)陌鍞?shù)。板數(shù)液湘中吡啶量kmol/s萃取率％排放水中吡啶濃度的估算mg/l20.16678436 99.444057866.9226730.0091080899.9696429.61199252.54872e-0599.9999151.2021860561.3422e-0699.9999960.0600505977.065e-081000.0003160983.7162e-091000.00016626萃取塔的模擬及優(yōu)化萃取塔塔板數(shù)對(duì)實(shí)際萃取效對(duì)蒸餾塔B2進(jìn)料板的靈敏度分析StatusFeedstageAAkmol/sok29.13941859ok39.13941859ok49.1394186ok59.13941858ok69.13941849ok79.13941859ok89.13941858ok99.13941856ok109.13941842ok119.13941773ok129.13941444ok139.13939846ok149.13932108ok159.13894637ok169.13713285ok179.12832264ok189.08589225ok198.88896087ok208.14017112

對(duì)蒸餾塔B2我們進(jìn)行靈敏度分析，我們可以發(fā)現(xiàn)第四塊板上的值最大，因此我們選取第四塊板為進(jìn)料板；操作條件是回流比5。對(duì)蒸餾塔B2進(jìn)料板的靈敏度分析StatusFeedstag對(duì)精餾塔B4進(jìn)行靈敏度分析StatusFeedstageBBkmol/sok127.4768886ok231.9679202ok331.9725439ok431.9725748ok531.9712447ok631.9680844ok731.9626346ok831.9542309ok931.9417294ok1031.9234143ok1131.8966091ok1231.8573148ok1331.7993717ok1431.7132387ok1531.5838862ok1631.3865812ok1731.0800664ok1830.5910799ok1929.7839215ok2028.3869576

通過(guò)對(duì)精餾塔B4的進(jìn)料板的靈敏度分析，同樣可以發(fā)現(xiàn)第四塊板為最佳進(jìn)料位置，操作回流比為5。對(duì)精餾塔B4進(jìn)行靈敏度分析StatusFeedstageB四、模擬結(jié)果與分析

將一些基本的數(shù)據(jù)輸入ASPENPLUS模擬軟件中進(jìn)行模擬，得到的結(jié)果詳細(xì)見(jiàn)下表所示：四、模擬結(jié)果與分析將一些基本的數(shù)據(jù)輸入ASPENASPENPLUS模擬得到的各個(gè)支流的模擬值

物流12344-155-167891011水1.590.082.3605819.1394199.139429.139429.139421.535E-119.031580.107841.5353e-111.7783e-210.1078339氯仿49.50.00.092912849.4070949.407117.423717.423731.98340.0104117.413331.97260.0107949.385880吡啶0.030.01.3432E-629.9999929.99990.000820.0008229.99921.3475e-050.000810.8781729.1210.8789797總流量Kmol/s51.0120.082.45349588.5465088.546526.563926.563961.98259.0420117.521932.850729.13150.372694溫度K303.15303.15306.60176300.3264300.38341.93303.10385.98303.15303.15334.66389.532324.17162壓力N/sqm2.00E+53.00E+52.00E+52.00E+53.00E+52.00E+52.00E+52.10E+52.00E+52.00E+51.00E+51.05E+52.026E+5ASPENPLUS模擬得到的各個(gè)支流的模擬值物流123分離的效果吡啶的最終回收率是：29.1210/30＝0.9707>0.63氯仿的損失率是：1-49.38588/49.5＝0.0023<0.5回收氯仿的純度摩爾百分比：49.38588/50.37269＝0.98>0.95產(chǎn)品中吡啶的純度是摩爾百分比：29.1210/29.13180＝0.9996質(zhì)量百分比：29.1210*79.10/2304.8＝0.9994其中水分的含量為：0其純度超過(guò)了分析純，符合工業(yè)級(jí)吡啶的產(chǎn)品的要求；分離的效果吡啶的最終回收率是：29.1210/30＝0.97環(huán)保排放要求根據(jù)國(guó)家環(huán)保要求：吡啶的工業(yè)廢水排放其含量不得超過(guò)1.0mg/l（參照苯酚）。排放出的兩股水：若將兩股水混和后，則其中，水為：82.36058+9.03158＝91.39222kmol/sec水的流量約為1676.9763L/sec吡啶：1.48182E-5kmol/sec1.172119g/sec氯仿：0.0929128+0.0104133＝0.1033261kmol/l

則其中吡啶的含量為：1.172119/1676.9763＝0.63356mg/l<1mg/l,達(dá)到吡啶的污水排放標(biāo)準(zhǔn)。再污水排放之前，將收集到的水再通過(guò)吸附塔進(jìn)行進(jìn)一步處理使得其中的氯仿和吡啶再進(jìn)一步被處理。環(huán)保排放要求根據(jù)國(guó)家環(huán)保要求：結(jié)論ASPENPLUS軟件的模擬的結(jié)果表明