新型萃取设备处理煤气化废水萃取脱酚过程流程模拟
进行化工过程模拟时，首先必须考虑的是选择合适的热力学方法。目前，热力学方法已成为化工流程模拟是否成功的决定性因素。热力学方法可以为单元过程的计算提供基础数据，如混合物的相平衡常数、焓、熵等数据均是由各种热力学方法产生。缺少这些数据，单元过程计算就无法进行;若这些数据不准确，计算所得到的结果会与实际相差很大。热力学方法的选择主要根据所计算体系的性质来确定，对于非极性体系，可采用状态方程法或通用关联式法;对于极性体系，多采用活度系数法或专用的热力学方法。
本文所建立的煤气化废水处理流程按照各个操作单元原理的不同，可分为萃取(萃取塔)和精馏(溶剂回收塔和溶剂气提塔)两个计算单元。其中萃取过程主要是萃取剂和含酚废水的作用，因此考虑的是萃取剂一酚一水液液相平衡关系。精馏过程主要是通过气液分离来回收溶剂，该部分主要考虑的是溶剂一酚(溶剂回收塔)和溶剂一水(溶剂气提塔)之间的气液液平衡关系。因此，各个部分需要的热力学方法不同，需要分开讨论。萃取单元由于煤气化废水的复杂性，以及Aspen Plus本身缺少相应活度系数模型的交互参数，因此会导致模拟结果和实际结果相差很大。本文的萃取单元的计算主要是以实验结合模拟的方式来完成，即采用由相平衡数据回归得到的NRTL模型的交互参数进行计算。而精馏单元的计算直接采用Aspen Plus自带的NRTL模型进行模拟计算。
煤气化废水萃取脱酚过程流程模拟
在完成了萃取单元，溶剂回收单元和溶剂汽提单元模拟计算的基础上，本文建立了完整的煤气化废水萃取脱酚流程，并对流程进行了模拟计算。其中，详细流程图见图4-9。
从萃取剂储槽B8过来的萃取剂(物流SOLVENT 1和添加的萃取剂(物流ADD-SOL混合之后和煤气化废水(物流WASTEWA)一同进入萃取塔B1进行逆流萃取。萃取后，有机相(物流ORG-PHAS进入溶剂回收塔B3进行萃取剂和酚类分离。从塔顶采出萃取剂(物流5}进冷凝后小部分作回流液(物流11)，其余(物流12)进入萃取剂储槽B8循环利用;从塔底流出的酚类(物流6)经换热器B7冷凝后，作为粗酚产品。萃取后的水相进入溶剂汽提塔B2。从塔顶采出的萃取剂与水的共沸物经冷凝后进入油水分离罐B4，分离的水相(物流18)进入作为回流液进入汽提塔，油相(物流17)进入萃取剂储槽B8;废水(物流2)从塔底流出，经冷却后，送去生化处理。
针对某气化厂在煤气化过程中产生的高浓度含酚废水，本文采用溶剂萃取法进行预处理，使酚浓度降低到生化处理的要求。本论文通过对煤气化废水进行萃取脱酚研究、液液相平衡关系和全流程模拟的研究，为工业上煤气化萃取脱酚处理提供技术方法，主要得到以下结论:
(1)针对煤气化废水的特点，本文综合挑选和比较了几种萃取剂的萃取性能、溶剂回收能耗和经济性等因素，并最终选定MTBE作为本次煤气化废水的脱酚萃取剂。在选定萃取剂之后，本文对萃取温度、pH值等影响萃取脱酚效果的因素进行了研究。确定较好的萃取工艺条件为:萃取温度T=40-50℃ , pH=7-8 。在合适的萃取工艺条件下，本文开展了煤气化废水三级错流萃取实验，确定了较为合适的油水相比为R=1:3-1:4 .
(2)为了给煤气化废水萃取脱酚流程模拟和计算提供基础数据，本文分别测定了三元物系MTBE一苯酚一水、MTBE一对苯二酚一水和四元物系MTBE一苯酚一对苯二酚一水的液液相平衡数据，并用活度系数模型NRTL和UNIQUAC对实验数据进行了关联，得到了这两个模型的交互参数。两个模型得到的计算值和实验值之间的均方根偏差很小，表明两个模型的预测精度高。
(3)本论文建立了煤气化废水萃取脱酚工艺流程，并对流程中各个单元的操作参数进行了设计和优化。在萃取单元的计算中，采用热力学方法NRTL模型，其二元交互参数来自液液相平衡数据回归得到的数据。在溶剂回收单元和溶剂汽提单元的计算中，采用Aspen Plus自带的NRTL数据库。本论文对建立的煤气化废水工艺全流程进行了模拟计算。结果表明，在常压和40℃下，处理量为150t/hr的煤气化废水，在本论文确定的操作条件处理后，总酚浓度可由原来的12700mg/L ,降低到300 mg/L以下，水相中残留的萃取剂浓度可降至26 mg/L左右，萃取剂的损失仅为3 . 8 kg/hr。全流程模拟中所确定的萃取脱酚单元、溶剂回收单元和溶剂气提单元的操作参数，为煤气化废水萃取脱酚流程的设计和工业实施提供参考。
(4)与现有流程相比，新流程在设备投资方面少于现有流程，所需的公用工程也少于现有流程。每处理1吨废水，新流程的操作费用比现有流程少，具有一定的经济可行性。
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