萃取精馏生产高纯度环氧丙烷的工艺研究
10万吨_年环氧丙烷车间工艺设计与优化
摘要环氧丙烷是重要的有机化工原料，传统的生产方法产生大量废水废渣或大量联产品。
过氧化氢直接氧化法（HPPO）在TS-1催化剂催化下使过氧化氢直接氧化丙烯，理论副产物只有水，反应转化率高，选择性高，属于环境友好的合成路线。
环氧丙烷的需求量逐年增长，而目前国内产能大部分为氯醇法工艺，设备老旧腐蚀严重，环保处理难，面临淘汰，HPPO法有良好的发展空间。
使用Aspen Plus软件对HPPO法生产环氧丙烷进行研究，模拟10万吨/年环氧丙烷车间工艺流程，确定相关操作参数，并使用灵敏度分析工具对各塔进料位置进行优化。
甲醇作为体系内溶剂，用量大，然而使用原有的单塔精馏回收甲醇耗能高，本文采用双效精馏回收甲醇，使高压塔塔顶冷凝器与常压塔再沸器热耦合，对比单塔精馏回收可节约能耗35.8%。
在化工生产中，换热设备所需的装置费用约占装置成本的近30%和运行费用的近90%，选择合适的换热器能显著降低成本，然而换热器结构复杂，流体流动状态难以预测，不易计算。
为提高计算准确性，本文使用Aspen EDR软件设计环氧丙烷分离塔再沸器。
关键词：环氧丙烷；直接氧化法；流程模拟Process Design and Optimization for 100kton/y Propylene Oxide PlantAbstractPropylene oxide is an important raw material of organic chemical engineering, the traditional production process will produce a large number of waste water or coproducts. Hydrogen peroxide Process (HPPO process) catalyzes the direct oxidation of propylene over hydrogen peroxide catalyzed by TS-1 catalyst. The theoretical byproduct is water, the reaction have high reaction conversion and high selectivity, and is an environmental friendly synthetic routes.Propylene oxide demand growth year by year, and most of the current domestic production capacity is chlorine alcohol process, which the equipment was serious corrosion, environmental management difficult, HPPO process has a good development space.This article use Aspen Plus software to simulate the process for 100kt/a propylene plant. determine the relevant operating parameters, and use the sensitivity analysis tool to optimize the feed stage of towers. The recycle of methanol cost huge energy, this paper uses double-effect distillation to recycle methanol as solvent. Compared to single tower distillation , this process can save energy consumption about 35.8%.In the chemical production, the heat exchanger equipment costs about 30% of the equipment cost and nearly 90% of the operating costs. That means select an appropriate heat exchanger can significantly reduce the cost, but it is hard to calculate the heat exchanger because of the complex structure and unpredictable fluid flow. This article uses the Aspen EDR software to design the reboiler of propylene oxide separation column reboiler, improve the accuracy of design.Key Words：Propylen Oxide；HPPO Process；Process simulation目录摘要 (I)1 文献综述 (1)1.1 环氧丙烷介绍 (1)1.1.1 环氧丙烷性质 (1)1.1.2 环氧丙烷应用 (1)1.2环氧丙烷生产工艺 (2)1.2.1 氯醇法 (2)1.2.2共氧化法 (4)1.2.3 过氧化氢直接氧化法 (6)1.3 环氧丙烷市场供需情况 (7)1.3.1 环氧丙烷消费现状 (7)1.3.2 环氧丙烷生产现状 (8)1.1TS-1催化剂 (9)2工艺流程模拟 (9)2.1 反应器 (9)2.2 丙烯分离塔 (10)2.2.1 简捷计算 (10)2.2.2 严格计算 (12)2.2.3 最佳进料位置 (13)2.3 环氧丙烷分离塔 (14)2.3.1 简捷计算 (14)2.3.2 严格计算 (16)2.3.3 最佳进料位置 (17)2.4 环氧丙烷提纯塔 (18)2.4.1 简捷计算 (19)2.4.2 严格计算 (21)2.4.3 最佳进料位置 (21)2.5 溶剂回收 (23)2.5.1 甲醇常规精馏 (23)2.5.2 甲醇双效精馏 (25)2.5.3 甲醇回收工艺对比 (26)2.6 小结 (27)3换热器选型及设计 (27)3.1 设备选型 (27)3.2 工艺数据 (28)3.3 物性数据 (29)3.4 结构数据 (29)3.5 热虹吸管线 (31)3.6 设计计算结果分析 (31)3.7 圆整数据 (32)3.8 模拟计算结果 (33)1 文献综述1.1 环氧丙烷介绍1.1.1 环氧丙烷性质环氧丙烷（Propylene Oxide，简称PO）是重要的有机化合物原料，分子式为CH3CHCH2O。
环氧丙烷氯化法、共氧化法和直接氧化法技术路线解析
环氧丙烷生产工艺氯醇化法、共氧化法和直接氧化法技术解析万华化学集团股份有限公司（以下简称万华化学）又一具有自主知识产权的高端技术打破国外公司技术垄断，“乙苯共氧化法高效绿色制备环氧丙烷成套技术”项目通过中国石油和化学工业联合会成果鉴定，继百万吨乙烯项目选择丙烷路线之后，将投资32.5亿元，在山东烟台实施该技术成果转化，建设一套年产30万吨环氧丙烷并联产65万吨苯乙烯的世界级规模工业化装置，该装置预计2021年建成投产。
该技术跟其他工艺路线有何不同呢？乙苯共氧化法高效绿色制备环氧丙烷成套技术”项目通过由中国工程院陈建峰院士、蹇锡高院士以及中国科学院李亚栋院士等行业知名专家组成的鉴定，专家委员会认为，该项目成果整体技术进入国际领先行列。
据悉，环氧丙烷是国家重点鼓励发展的高端石化产品，是支撑聚氨酯新材料、精细化工等产业发展非常重要的基础有机化工原料，其生产工艺主要有氯醇化法、共氧化法和直接氧化法。
随着我国精细化工和聚氨酯工业的发展，环氧丙烷产品市场前景日益广阔，但是目前我国环氧丙烷生产主要采用的是氯醇法生产工艺，该工艺存在对设备腐蚀严重、产生的含氯化钙废水严重污染环境等缺点。
乙苯共氧化法环氧丙烷生产技术具有三废少、联产物附加值高、能耗低、经济性好等综合优点，但技术长期被国外公司垄断。
为促进国内环氧丙烷产业技术升级，万华化学数年前就组建团队开始乙苯共氧化法环氧丙烷制造技术自主研究开发，并与浙江大学产学研合作开展小试工艺技术研究。
为突破技术封锁，万华化学的近百名科技人员参与了该项目的研发，并在核心催化剂、反应器关键装备及相关工艺上申请国内外发明专利18件，形成了自主知识产权保护。
同时，万华化学自主设计建成的年产500吨环氧丙烷并联产1100吨苯乙烯工业化试验装置，也一次投料试车成功，并累计实现稳定运行超过90天。
未来，万华化学将投资32.5亿元，在山东烟台实施该技术成果转化，建设一套年产30万吨环氧丙烷并联产65万吨苯乙烯的世界级规模工业化装置，该装置预计2021年建成投产。
环氧丙烷工艺技术概况
环氧丙烷工艺技术概况a）氯醇法氯醇法是传统的环氧丙烷工业生产路线，该法自20世纪30年代由美国UCC公司开发并进行工业生产以来，一直是生产环氧丙烷的主要方法。
截止到2009年6月，全球环氧丙烷的总生产能力约810万吨/年，其中氯醇法占33.58%。
氯醇法分为以石灰为皂化原料的传统氯醇法和以电解液（NaOH）为皂化原料的改良氯醇法。
1）传统氯醇法主要专利商：美国Dow Chemical、日本Asahi glass公司、Mitsui Chemicals和Showa denko 公司、意大利Enichem公司等。
主要工艺过程：丙烯、氯气和水按一定配比送入氯醇化反应器中进行反应，未反应的丙烯与反应中产生的HCl及部分的二氯丙烷等自反应器顶部排出，经冷凝除去氯化氢和有机氯化物，丙烯循环回用。
反应器底部得到氯丙醇质量分数为4～5%的盐酸溶液。
将该溶液与过量约10%的石灰乳混合后送入皂化塔中皂化，再经精馏即可得到环氧丙烷。
优点：传统氯醇法具有流程比较短，工艺成熟，操作负荷弹性大,产品选择性好、收率高，生产比较安全，对原料丙烯纯度的要求不高，投资少，无引起市场干扰的联产产品，其产品具有较强的低成本竞争力等优点。
缺点：传统氯醇法存在的最大问题是设备易于腐蚀，在生产过程中产生大量含氯污水（每吨产品约产生45～60吨废水和2.1吨氯化钙）废渣，该废水具有温度、pH值、氯根含量、COD含量和悬浮物含量“五高”的特点，处理成本高，造成严重的环境污染。
世界上大多数发展中国家和地区采用传统氯醇法技术，装置规模都比较小。
例如：俄罗斯、东欧、巴西、印度和中国。
少数发达国家的老装置也在使用该技术(如日本、德国)，面临被淘汰。
2）改良氯醇法主要专利商：美国Dow Chemical和意大利Enichem公司。
主要工艺过程：改良氯醇法是用烧碱代替石灰乳，在常压或减压条件下于80～130℃与氯丙醇发生皂化反应。
该法提高了氯丙醇的转化率和环氧丙烷的收率，同时抑制了皂化副反应的发生，提高了环氧丙烷的选择性。
HPPO工艺技术及其生产工艺中涉及的关键问题
HPPO工艺技术及其生产工艺中涉及的关键问题HPPO（过氧化氢-环氧丙烷生产工艺）工艺属于一种新型的绿色工艺技术，其整体的工艺流程较为简单，且不会产生过多的副产物，不会对周边环境造成污染，所以这种工艺技术也成为了多方面关注的重点，通过双氧水直接氧化丙烯完成环氧丙烷的制造，其中所应用的原料并不具备腐蚀性，且整体的反应条件较为温和，十分符合当前绿色化学发展的相关要求。
一、HPPO工艺技术概述HPPO这种工艺技术最早源自于意大利，应用在HPPO工艺技术中的钛硅分子筛催化剂于20世纪末期研制成功，并将其应用在环氧丙烷的生产工艺当中。
目前HPPO 生产工艺主要有Basf/Dow化学HPPO工艺和赢创/伍德HPPO工艺。
前者已经投入生产的HPPO装置包括了比利时的安特卫普和泰国的马塔堡，在这2套HPPO装置当中，都是通过管式反应器来实现丙烯对双氧水的环氧化反应，并利用甲醇作为溶剂，有着较为温和的反应条件。
巴斯夫公司研制出的环氧丙烷的连续制造方式，通过钛硅沸石分子筛作为催化剂，使得丙烯与过氧化氢之间进行反应，最终形成环氧丙烷。
后来韩国SKC公司在本世纪初采用赢创/伍德HPPO工艺建立了第一套HPPO工业化生产装置，到了2017年该装置已经具备了15万t/a的产能。
当前我国企业存在的问题在于催化剂的性能、双氧水的生产、后续的PO提纯问题，本文将对这些关键问题进行分析和探究，为HPPO工艺技术在我国的发展提供一些建议和意见。
二、HPPO生产工艺中的关键问题分析1、双氧水制造在HPPO生产工艺中所使用的双氧水大多是由蒽醌法生产制造的，双氧水的浓度和质量直接影响环氧化反应的进行。
为获得最佳的HPPO生产工艺转化率，赢创工艺选择的是70%浓度的双氧水，并且双氧水应该满足以下几方面要求：首先，其中的碱金属质量比应该达到相应的要求。
其次，阴离子质量含量应该达到相应的标准。
最后，PKb小于4.5的胺的质量比小于10PPM。
在HPPO生产工艺当中，确保双氧水的质量是其中的重要关键内容，以催化剂性能为前提来进行双氧水的选择是十分重要的环节。
环氧丙烷苯乙烯联产装置生产工艺
环氧丙烷/苯乙烯装置生产工艺： 原料选择与预处理是环氧丙烷/苯乙烯装置生产工艺的关 键步骤
在环氧丙烷/苯乙烯装置生产工艺中，原料选择与预处理 是至关重要的步骤。以下是该步骤的详细说明。 高品质原料，确保产品质量
环氧丙烷和苯乙烯是主要的生产原料。这两种原料应具 有高质量和低杂质，以确保最终产品的质量。在选择原 料时，应考虑其来源的稳定性、价格和供应能力。 进入生产装置前，原料需预处理，包括脱水、脱硫醇，
料
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原料预处理与混合
环氧丙烷/苯乙烯装置生产工艺
1.原料预处理与混合
在环氧丙烷/苯乙烯装置的生产工艺中，原料预处理与混合 是至关重要的步骤。原料包括苯乙烯和环氧丙烷，它们在 进入反应器之前需要进行必要的处理和混合，以确保反应 的顺利进行。
苯乙烯需要经过脱水处理，以去除其中的水分和硫化氢等 杂质。通常采用沸点石脱水和冷冻干燥法进行预处理。此 外，苯乙烯还需要进行精馏操作，以去除其中的重组分和 轻组分，提高产品的纯度。
催化剂控制
环氧丙烷/苯乙烯装置生产工艺：混合与分离
环氧丙烷/苯乙烯装置生产工艺 环氧丙烷/苯乙烯生产重要化工原料
环氧丙烷（propene oxide）和苯乙烯（styrene）是两 种重要的有机化工原料，广泛应用于塑料、橡胶、涂料 、制药等行业。环氧丙烷/苯乙烯装置是一种生产这两种 原料的化工装置，其生产工艺主要包括原料预处理、环 氧丙烷合成和苯乙烯聚合等步骤。 催化剂在环氧丙烷/苯乙烯装置生产工艺中发挥关键作用
在环氧丙烷/苯乙烯装置的生产过程中，温度控制是一个关键的环节。这种工艺涉及将苯乙烯和环氧丙烷混合，然后进行反应以生成最终的产品。 为了确保反应的顺利进行，温度控制至关重要。 在反应过程中，温度的微小变化都可能导致反应速率和产品纯度的显著变化。因此，工艺工程师需要精确地控制反应温度。这通常是通过使用 热敏电阻、温度控制器和循环冷却水系统来实现的。 在反应开始之前，温度控制器会设置一个预设的温度目标值。一旦反应开始，热敏电阻会开始测量反应釜内的温度，并将数据传输到温度控制 器。如果实际温度超过了预设的限制，温度控制器会启动冷却系统，通过循环冷却水系统将热量带走，从而将温度降低到预设的目标值。
绿色化学工艺之环氧丙烷--绿色有机化学工艺研究
反应过程中伴生的苯乙醇可以通过脱水反应生成苯乙烯。 实际上没生产1吨环氧丙烷，副产物约2.8吨苯乙烯。 共氧化法生产工艺较长，要求投资额大，不适合中小规 模经营。
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绿色化学工艺—— 绿色有机化学工艺
环氧丙烷绿色生产工艺
烃类共氧化法 以过乙酸液相氧化丙烯生产环氧丙烷，同时副产乙酸的 乙醛共氧化技术化学反应方程式如下：
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绿色化学工艺—— 绿色有机化学工艺
环氧丙烷绿色生产工艺
烃类共氧化法 该法是在催化剂的作用下，将烃类化合物直接氧化成环氧 丙烷。 第一步反应无需催化剂，第二步反应采用含钼均相 催化剂。每生产1吨环氧丙烷，副产物约3吨叔丁醇。
9
绿色化学工艺—— 绿色有机化学工艺
环氧丙烷绿色生产工艺
烃类共氧化法
绿色化学工艺—— 绿色有机化学工艺
环氧丙烷绿色生产工艺
一、环氧丙烷的用途
二、氯醇法
三、烃类共氧化法 四、过氧化氢直接氧化法（HPPO法） 五、总结
1
绿色化学工艺—— 绿色有机化学工艺
环氧丙烷绿色生产工艺
环氧丙烷的用途 环氧丙烷又名氧化丙烯（propylene oxide,简称PO），主 要用于生产聚醚、丙二醇、聚氨酯等。
55.5 95.5
43.0
51.3 69.0
19.1
15.1 12.0
0.1
1.0 1.0
62.0
65.4 80.0
69.4
78.4 85.0
5
绿色化学工艺—— 绿色有机化学工艺
环氧丙烷绿色生产工艺
氯醇法 传统的氯醇法制环氧丙烷工艺，可分为如下四个步骤： (1)氯气溶解于水，生成盐酸和次氯酸
(2)次氯酸和丙烯反应生成氯丙醇-氯醇化反应
环氧氯丙烷处理工艺
环氧氯丙烷处理工艺环氧氯丙烷是一种重要的有机合成原料和化工中间体，广泛应用于染料、医药、农药、塑料、涂料等领域。
它具有较高的反应活性和多功能性，可以通过多种不同的工艺进行处理和合成。
本文将介绍一种常用的环氧氯丙烷处理工艺，以期为读者提供一定的参考和了解。
环氧氯丙烷的制备方法主要有两种：直接氯化丙烯和环氧化丙烯。
直接氯化丙烯是将丙烯与氯气反应，通过催化剂的作用将丙烯中的氢原子替换为氯原子，得到环氧氯丙烷。
这种方法简单易行，但产物中可能含有杂质，需要进一步提纯。
环氧化丙烯是将丙烯与过氧化氢反应，生成环氧化物，再经过氯化反应得到环氧氯丙烷。
这种方法产物纯度较高，但反应条件较为苛刻，需要较高的温度和压力。
环氧氯丙烷的处理工艺主要包括分离、提纯和利用三个步骤。
首先是分离步骤，通过萃取、蒸馏等方法将环氧氯丙烷与其他组分进行分离。
这一步骤的目的是去除杂质，提高环氧氯丙烷的纯度。
其次是提纯步骤，通过吸附、结晶、结合反应等手段对环氧氯丙烷进行进一步纯化。
这一步骤的目的是去除残余的杂质，获得高纯度的环氧氯丙烷。
最后是利用步骤，将纯化后的环氧氯丙烷应用于染料、医药、农药、塑料、涂料等领域。
在分离步骤中，常用的方法包括萃取和蒸馏。
萃取是将环氧氯丙烷与溶剂进行接触，通过溶剂的选择性吸附和分离来实现分离目的。
蒸馏是将混合物加热至沸点，然后将不同沸点的组分分离出来。
这两种方法各有优劣，根据具体情况选择合适的方法进行分离。
在提纯步骤中，常用的方法包括吸附、结晶和结合反应。
吸附是通过将环氧氯丙烷溶液通过吸附剂床，利用吸附剂对环氧氯丙烷的选择性吸附来实现提纯目的。
结晶是通过控制温度和溶剂浓度，使环氧氯丙烷在溶液中结晶出来，然后通过过滤或离心分离出纯净的环氧氯丙烷晶体。
结合反应是将环氧氯丙烷与其他化合物进行反应，生成新的物质，然后通过物质的性质差异进行分离和提纯。
在利用步骤中，环氧氯丙烷可以作为染料的中间体，通过进一步反应合成各种颜料。
直接氧化法生产环氧丙烷的工艺流程
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萃取精馏生产高纯度环氧丙烷的工艺研究胡松;李进龙;李木金;杨卫胜【摘要】丙烯环氧化反应获得的粗环氧丙烷(PO)中含有乙醛、甲醇、甲酸甲酯和水等杂质,由于这些杂质与PO相对挥发度接近于1,普通精馏难以提纯PO;同时,分离过程中PO易发生水解生成1,2-丙二醇(PG),而PG又导致萃取剂萃取性能下降.据此,结合萃取精馏和液液萃取技术,同时考虑PO水解反应,开发了水洗回收PO和侧线采出共沸物脱除PG流程,在有效脱除杂质的同时,提高了PO的回收率和萃取剂的萃取效率,获得了高纯度PO产品.采用流程模拟软件Aspen Plus对上述流程进行了全流程模拟计算,借助NRTL热力学方法,分析了萃取精馏塔的溶剂比、理论塔板数、原料进料位置、溶剂进料温度等主要工艺参数对分离过程的影响.结果表明该工艺流程合理、可靠,经济性优于现有工艺,可指导工业过程设计和操作优化.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2019(070)002【总页数】8页(P670-677)【关键词】环氧丙烷;萃取精馏;共沸混合物;分离;优化设计【作者】胡松;李进龙;李木金;杨卫胜【作者单位】中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院绿色化工与工业催化国家重点实验室,上海201208;常州大学石油化工学院,江苏常州213164;中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院绿色化工与工业催化国家重点实验室,上海201208;中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院绿色化工与工业催化国家重点实验室,上海201208【正文语种】中文【中图分类】TQ028.13引言环氧丙烷(PO)是重要的有机化工原料，主要用于生产聚醚多元醇、丙二醇和各类非离子表面活性剂等[1]。
环氧丙烷国标优等品不仅要求环氧丙烷纯度≥99.95%(质量)，对杂质水、醛、C5～C6非挥发组分等含量也都有严格要求[2]。
针对PO的精制方法，相关机构[3-10]已进行了长期的研究，但鲜见文献报道。
目前，PO精制方法主要使用C7～C20直链或支链烷烃类、丙二醇、水或甲醇作为溶剂进行萃取蒸馏。
Schmidt[3]曾提出辛烷类烷烃对脱除C6烃杂质(如2-甲基戊烷)有效；专利US5133839[4]公开了辛烷类烷烃对脱除水、甲醇、丙醛、丙酮等杂质有效；专利US5354430/1[6-7]中公开了二醇可除去杂质水、丙醛、丙酮等含氧化合物；另外，可结合二醇和正辛烷溶剂特点，采用双溶剂多级逆流萃取和正辛烷萃取精馏相结合的方式进行环氧丙烷提纯，可降低过程能耗[10]。
王惠媛等[11]采用常压精馏分离PO和甲醇混合物，PO纯度为99.5%(质量)，达不到优等品指标。
曾琦斐[12]针对HPPO法工艺，采用水作为萃取剂萃取精馏分离PO和甲醇混合物，但文中未提及PO产品质量。
辜乌根等[13]以3-甲基辛烷为萃取剂，研究分离1,2-环氧丁烷(BO)、水、甲醇、丙醛、丙酮混合物，效果良好，文中未提及回收废水中的BO和BO水解。
但众所周知，环氧烷烃类化合物(如环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷)在有水存在条件下，均不可避免发生水解反应，生成如乙二醇(EG)、丙二醇(PG)和丁二醇(BG)。
本文作者[14]曾对萃取精馏分离PO、水和甲醇混合物进行了模拟计算，可以获得高纯度的PO，但也未涉及PO水解产物的脱除和对萃取分离效率的评估。
丙烯环氧化生产的PO中主要含有乙醛、丙醛、甲缩醛、丙酮、甲醇、甲酸甲酯、水、C5～C6烃类等杂质。
本文针对其中乙醛、甲醇、甲酸甲酯和水杂质的脱除，采用nC8作为溶剂，结合萃取精馏和液液萃取技术，考虑PO水解反应和侧线采出脱除1,2-丙二醇(PG)，在有效脱除杂质的同时，提高萃取剂的萃取效率和PO 的回收率，同时降低萃取剂损失和分离过程能耗。
1 工艺流程设计粗PO杂质中，乙醛、甲酸甲酯与PO的相对挥发度接近于1，水、甲醇[12]均与PO形成共沸物，用普通精馏很难分离，常用的分离方法是加入合适的溶剂来改变混合物热力学特性，从而达到分离的目的。
表1比较了使用溶剂正庚烷(nC7)和正辛烷(nC8)时PO和水、乙醛、甲醇、甲酸甲酯杂质在平衡条件下的相对挥发度。
在101.325 kPa下，在含有上述杂质的粗PO中分别加入3～5倍PO质量的nC7或nC8进行相平衡计算，杂质水、乙醛、甲醇、甲酸甲酯对PO相对挥发度均获得很大提升。
表1 PO中杂质对PO相对挥发度的影响Table 1 Effect of extractant on relative volatility of water，acetaldehyde，methanol，methyl acetate to PO（101.325 kPa）Comp.Relative volatility None Sol.nC8 nC7 water acetaldehyde methanol methyl formate 0.9 1.5 1.0 1.1 7.9 4.5 5.5 4.0 11.0 2.7 2.9 2.5另外，由于PO与水部分混溶，20℃时PO在水中溶解度达40.5%(质量)，而水在PO中的溶解度为12.8%(质量)[15]，因此液液分相过程中废水中会溶解大量的PO和部分溶剂，直接排放将造成PO和溶剂损失，增加废水处理费用。
据此，本文根据PO和溶剂相互作用特性，设计了PO和溶剂的回收流程，即于废水中加入nC7或nC8溶剂(常压，40℃)，将PO从废水中萃取出来，其相互溶解特性如表2所示，nC7/nC8溶剂将水中的PO萃取至有机相，并返回萃取精馏塔，增加了PO产品收率和降低了废水处理费用。
采用萃取精馏工艺使用的萃取剂，不再引入新的物质。
从经济的角度看，萃取剂将PO与被分离的杂质精制分离后，虽然被继续循环使用，但萃取剂中含有的PG，其沸点不仅高于甲醇、水、乙醛、C5～C6烃类，甚至高于nC8烃萃取剂，无法和nC8烃萃取剂进行精制分离，而是与萃取剂一同被再次送入蒸馏塔，这样就导致了萃取剂的浓度降低、萃取性能下降甚至丧失，由此将增加萃取剂的使用量和萃取剂精制能耗。
表2 烷烃萃取PO液液平衡数据Table 2 LLE for nC7/nC8-water-PO mixture/%（mass）Note:Mass ratio of nC7 or nC8 to waste water is 1∶5.nC7 Comp.Waste water 40.0 5.0 5.0 10.0 36.0 4.0 Organic phase 1.14 3.45 0.83 11.28 38.54 44.77 water acetaldehyde methanol methyl formate POnC7/nC8 nC8 Aqueous phase 58.25 4.82 6.73 5.67 24.28 0.25 Aqueous phase 59.06 4.74 6.84 5.98 23.18 0.21 Organic phase 1.20 3.32 0.86 11.77 37.38 45.47表3给出了萃取剂nC7中PG含量对纯化PO过程的影响。
当溶剂比为3～4条件下，萃取剂中PG含量分别为0、13%(质量)和36%(质量)时，PO对混合物中各不同杂质的相对挥发度减小，即随着循环萃取剂中PG含量增加，PO纯化将变得困难，直至无法分离。
鉴于上述分析，本文设计了如图1所示工艺流程。
选取nC8作为溶剂，和萃取精馏塔塔顶回流一起从塔顶进入萃取精馏塔，粗PO从该塔的中部引入，塔顶为含有水、乙醛、甲醇、甲酸甲酯和PO混合气，在塔顶气相管道喷入去离子水或蒸汽，冷凝后进入分相器，以利于乙醛、甲醇、甲酸甲酯等含氧化合物进入水中，在分相器中进行油水分离，含有PO的有机相回流至萃取精馏塔，水相进入水洗塔，采用循环萃取剂nC8，萃取回收水相中的PO，水洗塔塔顶液相循环至萃取塔分相器，塔底废水进入后处理系统。
萃取精馏塔釜液进入PO产品塔，从该塔塔顶获得高纯度PO产品，塔釜回收的溶剂循环至萃取精馏塔。
在萃取精馏塔全塔设置PO水解反应(PO+H2O¾®¾¾PG，k=4.72×109，Ea=75.362 kJ/mol)，由此反应精馏获得的PG生成量与实际工业生产装置吻合。
表3 PG对萃取过程的影响（101.325 kPa）［16］Table 3 Effect of PG on extraction process［16］PG/%(mass)0(without extractant)0 13 36 Relative volatility of listed components to PO Methanol 0.7 2.9 1.2 0.5 Water 0.9 11 1.2 0.4 Acetaldehyde 1.5 2.7 1.3 0.9由于生成的PG比体系内最重组分(萃取剂)沸点高，若采用脱重分离工艺，需额外增加分离设备和能耗。
本文利用PG与萃取剂可形成最低温度共沸物(常压下，PG-nC8 共沸组成为 5.65%(质量)∶94.35%(质量)，且随着压力增加，共沸物中PG组成增大)且为非均相共沸物(共沸物分相后，PG-nC8轻相组成为 0.38%(质量)∶99.62%(质量)，重相组成为88.24%(质量)∶11.76%(质量))的特点，采用侧线采出降温分相的分离方法将PG有效分离。
20℃下，PG的密度为1036.2kg/m3，nC8的密度为703.0 kg/m3，密度差足以采用普通分离罐进行液液分离，而不需要采用高效液液分离设备。
因此，可以通过PO产品塔侧线采出高效脱除PG，保证循环萃取剂的纯度和萃取效率。
图1 环氧丙烷精制工艺流程Fig.1 Flow diagram of propyleneoxide(PO)refining process针对上述工艺流程，本文规定进料组成为98.99%(质量)(PO)、0.1%(质量)(乙醛)、0.1%(质量)(甲醇)、0.01%(质量)(甲酸甲酯)、0.8%(质量)水，装置规模为10万吨/年纯度≥99.99%(质量)的PO产品。
2 热力学模型过程模拟的准确性主要取决于相平衡计算的准确性，选择一个合理的热力学模型及准确的物性参数非常关键，直接关系到模拟计算能否收敛及得到结果是否准确[12]。
PO精制过程涉及复杂的多组分汽液(VLE)和液液(LLE)平衡，且PO、水、甲醇、甲酸甲酯均是极性物质。
本研究以C8烃类中易于获取且价格合适的nC8为溶剂，选择NRTL模型，并对Aspen内置部分模型参数进行修正。
以PO-水、PO-乙醛二组分物系为例，采用NRTL修正模型预测VLE数据与文献值[17-18]进行了比较，预测的VLE与文献值偏差小于2%，结果如图2所示，表明NRTL修正模型参数能够准确描述PO体系的热力学行为。