李 静，陈 辉，敖 凯，刘朝义，雷 兰，杜廷召

(1.六盘水师范学院 化学与材料工程学院，贵州 六盘水 553004；2.中国石油工程建设有限公司华北分公司，河北 任丘 062552)

丙酮和乙酸乙酯为有机溶剂，常应用于化工与医药等行业，用于塑料、纤维等产品中[1-3]，分离两者混合物有多种方法，实验室对丙酮等化学品的萃取研究较多[4-6]，工业上精馏与萃取较为常用，因精馏过程耗能巨大，而萃取过程则有占地小、操作方便、能耗低的优势[7-9]，因此，本文采用萃取工艺。

基于环保角度考虑，本文以水为萃取剂，通过Aspen Plus软件模拟和优化萃取工艺分离丙酮-乙酸乙酯过程并得到最佳的工艺条件。

1 工艺简介

1.1 模拟的初始条件

从环境和经济角度考虑，本文选水为萃取剂。模拟过程采用萃取塔(Extract)模块，物性方法选用NRTL，第一液相关键组分为水，第二液相关键组分为乙酸乙酯，具体进料条件详见表1。

表1 模拟的初始条件

1.2 工艺流程图

工艺流程详见图1，萃取剂与废液分别从塔顶和塔底进入，废液中的丙酮进入萃取剂水当中而成为萃取液，萃余液得到高纯度的乙酸乙酯。

图1 萃取塔工艺流程图

2 影响因素分析

在萃取剂类型固定的情况下，影响萃取效果的因素有萃取塔的塔板数、萃取剂的量、萃取剂温度。本文逐一分析这三个因素对萃取效果的影响。

2.1 理论塔板数对萃取效果的影响

本文用Sensitivity工具分析萃取塔塔板数的影响，结果列于表2。其中w1表示萃余液中乙酸乙酯的质量分数，w2表示萃余液中丙酮的质量分数，w3表示萃余液中水的质量分数。

表2 萃取塔不同理论塔板数的模拟结果

由表2可知：萃余液中丙酮的质量分数随萃取塔塔板数的增加而增加，当萃取塔理论塔板数大于6时，丙酮的质量分数不再改变。因此，萃取塔理论塔板数选为6较为合理。

2.2 萃取剂用量对萃取效果的影响

本文用Sensitivity工具分析萃取剂用量的影响，结果列于表3。

表3 不同萃取剂用量的模拟结果

由表3可知：当萃取剂的量大于700 kg/h时，萃余液中丙酮的质量分数达到最低值，乙酸乙酯的质量分数达到最大值，并且随着萃取剂的用量的增加也不再变化，因此，溶剂的量选为700 kg/h时较为合理。

2.3 萃取剂温度对萃取效果的影响

本文用Sensitivity工具分析萃取剂温度的影响，结果列于表4。

表4 不同萃取剂温度的模拟结果

由表4可知：萃取剂的温度越低越有利，当温度在2～10℃时，丙酮的质量分数为最低值并保持不变，同时水的夹带量也随温度的升高而增加，因此，萃取剂的温度选择为2℃。

2.4 最佳的工艺参数及模拟结果

最佳的工艺参数及结果详见表5，最终的模拟结果详见表6，其中m1表示萃余液中乙酸乙酯的质量流率(kg/h)，m2表示萃余液中丙酮的质量流率(kg/h)，m3表示萃余液中水的质量流率(kg/h)。

由表5和表6可得：乙酸乙酯中的丙酮已基本被分离，丙酮在萃余液中含量极低，而水有少量的夹带到萃余液中，降低了乙酸乙酯的纯度，但与进料的70%相比，提高到了97.6%，分离效果较好。

表5 最佳的工艺参数

表6 最终的模拟结果

3 结论

本文采用萃取工艺分离丙酮和乙酸乙酯混合物，通过sensitivity工具分析各工艺参数对分离效果的影响，在萃取塔板数为6块，萃取剂用量为700 kg/h，萃取剂温度为2 ℃时，萃余液中乙酸乙酯的质量纯度达97.6 %，丙酮的含量小于1 ‰。