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摘要：随着社会经济的不断发展，人类的生活方式和生活水平逐步提高，环境污染、能源短缺、温室效应加剧等一系列关系到人类生死存亡的重大问题，日益成为全人类共同关注和解决的焦点。发展低碳经济、减少排放，作为解决这些问题的有效途径和措施，受到了世界性的关注和研究。怎样最经济的回收提纯环氧丙烷（PO）、分离这些杂质成为解决二氧化碳全降解塑料商业化推广应用的一个重要影响因素。本文就全降解塑料产业污染源环氧丙烷回收作一研究，从而为最经济的回收提纯环氧丙烷（PO）、分离这些杂质，希望对环境保护有一定的作用。
关键词：全降解塑料；环氧丙烷；环境保护；精馏塔
如何高效利用二氧化碳已经成为世界范围日益受到重视的问题，将二氧化碳固定为全降解塑料是一条公认的有效途径。但是，该技术因成本高，加工性、力学及热学性能有待进一步改善等原因，目前世界范围内都没有实现大规模产业化。本文研究加大反应过程原料的回收，提高原料的利用率，减少对环境的污染。环氧丙烷（PO）为无色醚味液体，低沸点、易燃，有毒，对粘膜和皮肤有刺激性，可损伤眼角膜和结膜，引起呼吸系统疼痛，皮肤灼伤和肿胀，甚至组织坏死。蒸汽会导致恶心、呕吐、头痛、眩晕和腹泻等症状，长期接触可能致癌，并可能引起遗传性基因损害。怎样最经济的回收提纯环氧丙烷（PO）、分离这些杂质成为解决二氧化碳全降解塑料商业化推广应用的一个重要影响因素。
本文确定了环氧丙烷回收塔的结构和填料的材质、种类，在填料材质确定的基础上，我们将利用DN100的小精馏塔，使用并联高效螺旋不锈钢丝网填料，进行环氧丙烷的回收实验，验证填料的分离效果。接着用DN500的精馏塔，使用并联高效螺旋不锈钢丝网填料，验证填料的放大效应，从而为最经济的回收提纯环氧丙烷（PO）、分离这些杂质成为解决二氧化碳全降解塑料商业化提供了一点指导意见，希望对环境保护有一定的作用。
一、环氧丙烷分离回收原理
通过检测二氧化碳全降解塑料生产技术反应后的回收液，用气象色谱仪进行检测分析发现，回收液中含有多种组分，环氧丙烷回收液中主要组分组成如表1列出的所示，由于环氧丙烷回收液中几种主要组分的沸点相差较大，可根据液体混合物中各组分挥发性的不同，采用共沸蒸馏馏的方法，分离并提纯环氧丙烷。
二、 实验部分
试验采用直径100mm的小塔，塔内装高效并联螺旋填料，填料段高度30cm；液体回流口有液体分布器，塔顶和塔釜有测温点、测压点和取样点，供取样和检测用。试验选用的物系为二氧化碳全降解塑料生产装置反应后的回收液，具体各组分见表1。试验采用全回流操作，平衡20分钟取样分析，检测使用气相色谱法。
2.1 条件优化
数据表明30cm高的并联螺旋填料可以将环氧丙烷从98%左右的的浓度提高到99.96%以上，这在目前的塔填料中处于相对领先的水平。可以看出塔釜和塔顶温度随着水浴温度的变化情况。由于间隔15min记录，中间经历了几次的水浴升温降温的过程，虽然变化温差较小，但是影响塔釜温度的因素较多，所以不能及时反应变化。图3.2和图3.3分别为精馏PO中几种成分含量随精馏时间的变化关系。上述试验主要是为了确定精馏对环氧丙烷提纯后质量指标的提升影响，从检测数据可以看出：提纯后环氧丙烷的质量指标有了明显提高。
2.2填料放大试验
所有精馏塔，都存在放大效应问题：塔的效率随塔径的增大而减小，填料塔的放大效应尤其明显。塔直径大于φ50mm就要考虑液体初始分布的均匀，达到φ100mm以上时，放大效应就已经很大了，效率急剧下降，工业上很少应用φ100mm以上的高效填料塔。塔的直径决定着处理量和生产效率，要实现难分离物系工业化生产，首先应解决高效填料的放大效应问题。
2.2.1试验装置及方法
试验采用直径200mm的填料塔，内装双层不锈钢丝网并联螺旋填料，填料高度h=3000mm（精馏段 2000mm，提馏段1000mm），塔中部设有液体进料口、液体收集和气液再分配装置，塔顶回流处设有液体分配盘，塔釜设有自动排液装置，顶部和塔底有测温点、测压点和取样点，供取样和检测用。
2.2.2试验物系和数据讨论
试验选用的物系为二氧化碳全降解塑料生产装置反应后的回收液。
2.3结果与讨论
1、从实验数据不难看出并联螺旋填料的传质效率非常高，在低气速下每米填料理论塔板数比普通规整丝网填料的效率高3倍以上，可以达到35块理论塔板数；在空塔气速达到1.5m/s时，填料的操作弹性和液体负荷都比较小，此时不会发生液泛。此时的工艺条件能满足生产要求，该填料分离环氧丙烷的效果非常明显。
2、为了提高分离效果，使之能够达到工业化应用的水平，从相关的实验试验数据表明高效并联螺旋不锈钢丝网填料放大到500mm直径以上时分离效果很高。联螺旋不锈钢丝网填料是一种高效、低阻的新型填料，尤其是在回收环氧丙烷方面效果非常明显。环氧丙烷（PO）在反应中须过量投入，投入量中大约有30%的环氧丙烷（PO）参与反应，剩余大量环氧丙烷（PO）没有反应，在后处理环节，必须对环氧丙烷（PO）进行回收，过剩环氧丙烷（PO）的回收就成了降低成本的重中之重。填料直径放大到直径200mm后，仍然保证了良好的传质效果和操作弹性。在液体能够均匀分配的条件下，效率随气液速度的增加而降低。
三、总结
试验基本上体现了填料的流体力学和传质性能，验证了并联螺旋不锈钢丝网填料的放大效应已得到很好地解决。表明并联螺旋不锈钢丝网填料是一种高效、低阻的新型填料，尤其是在回收环氧丙烷方面效果非常明显。环氧丙烷（PO）在反应中须过量投入，投入量中大约有30%的环氧丙烷（PO）参与反应，剩余大量环氧丙烷（PO）没有反应，在后处理环节，必须对环氧丙烷（PO）进行回收，过剩环氧丙烷（PO）的回收就成了降低成本的重中之重。通过抽吸等手段回收的环氧丙烷（PO）中新引入了的水、乙醛、丙醛、丙二醇、聚醚等数百种副產物。这一试验结果对经济的回收提纯环氧丙烷（PO）、分离这些杂质成为解决二氧化碳全降解塑料商业化提供了一点指导意见，对环境保护有一定的有益作用。（作者单位：河南省西平县环境保护局）
参考文献：
[1]郭庆杰.温室气体二氧化碳捕集和利用技术发展.化学工业出版社，2010.10.1.
[2]柯滨，刘云霞.白色污染的治理及其展望.武汉生物工程学院学报，2006，2（4）：243-245.
[3]Wlawton，EV Eggert.Some effct of high sodium chloride concen-trations on trickling filter slimes sewage[J]. Industry wasters： 1996；29：121～128.
[4]孙吉祥，李广茹，朱运誉，环氧丙烷废水生化处理装置[J]. 氯碱工业： 1998， （8）： 42-3.
[5]M G Clerci，G Bellussi，U Romano.Synthesis of Propylene Oxide from Propylene and Hydrogen Peroxide Catalysed by Titanium Silicalite[J]. J Catal.： 1991， （129）：159-172.
[6]李孟，张倩， 预氧化工艺强化处理环氧丙烷废水的试验研究[J]. 武汉理工大学学报： 2008， 30（3）：43-45.
[7]Fair J.R，Bravo J.R，Distillation columns containing structured packing， Chemical Engineering Progress，1990，86（1）：19-29.
[8]Nield D A，Alternative model for wall effect in laminarflow of fluid through a packed column，AIChE Journal，1983，29（4）：688-689.
[9]Eckert J.S，Selecting the proper distillation columns packing，Chem Eng Prog， 1970，66（3）：39-43.
关键词：全降解塑料；环氧丙烷；环境保护；精馏塔
如何高效利用二氧化碳已经成为世界范围日益受到重视的问题，将二氧化碳固定为全降解塑料是一条公认的有效途径。但是，该技术因成本高，加工性、力学及热学性能有待进一步改善等原因，目前世界范围内都没有实现大规模产业化。本文研究加大反应过程原料的回收，提高原料的利用率，减少对环境的污染。环氧丙烷（PO）为无色醚味液体，低沸点、易燃，有毒，对粘膜和皮肤有刺激性，可损伤眼角膜和结膜，引起呼吸系统疼痛，皮肤灼伤和肿胀，甚至组织坏死。蒸汽会导致恶心、呕吐、头痛、眩晕和腹泻等症状，长期接触可能致癌，并可能引起遗传性基因损害。怎样最经济的回收提纯环氧丙烷（PO）、分离这些杂质成为解决二氧化碳全降解塑料商业化推广应用的一个重要影响因素。
本文确定了环氧丙烷回收塔的结构和填料的材质、种类，在填料材质确定的基础上，我们将利用DN100的小精馏塔，使用并联高效螺旋不锈钢丝网填料，进行环氧丙烷的回收实验，验证填料的分离效果。接着用DN500的精馏塔，使用并联高效螺旋不锈钢丝网填料，验证填料的放大效应，从而为最经济的回收提纯环氧丙烷（PO）、分离这些杂质成为解决二氧化碳全降解塑料商业化提供了一点指导意见，希望对环境保护有一定的作用。
一、环氧丙烷分离回收原理
通过检测二氧化碳全降解塑料生产技术反应后的回收液，用气象色谱仪进行检测分析发现，回收液中含有多种组分，环氧丙烷回收液中主要组分组成如表1列出的所示，由于环氧丙烷回收液中几种主要组分的沸点相差较大，可根据液体混合物中各组分挥发性的不同，采用共沸蒸馏馏的方法，分离并提纯环氧丙烷。
二、 实验部分
试验采用直径100mm的小塔，塔内装高效并联螺旋填料，填料段高度30cm；液体回流口有液体分布器，塔顶和塔釜有测温点、测压点和取样点，供取样和检测用。试验选用的物系为二氧化碳全降解塑料生产装置反应后的回收液，具体各组分见表1。试验采用全回流操作，平衡20分钟取样分析，检测使用气相色谱法。
2.1 条件优化
数据表明30cm高的并联螺旋填料可以将环氧丙烷从98%左右的的浓度提高到99.96%以上，这在目前的塔填料中处于相对领先的水平。可以看出塔釜和塔顶温度随着水浴温度的变化情况。由于间隔15min记录，中间经历了几次的水浴升温降温的过程，虽然变化温差较小，但是影响塔釜温度的因素较多，所以不能及时反应变化。图3.2和图3.3分别为精馏PO中几种成分含量随精馏时间的变化关系。上述试验主要是为了确定精馏对环氧丙烷提纯后质量指标的提升影响，从检测数据可以看出：提纯后环氧丙烷的质量指标有了明显提高。
2.2填料放大试验
所有精馏塔，都存在放大效应问题：塔的效率随塔径的增大而减小，填料塔的放大效应尤其明显。塔直径大于φ50mm就要考虑液体初始分布的均匀，达到φ100mm以上时，放大效应就已经很大了，效率急剧下降，工业上很少应用φ100mm以上的高效填料塔。塔的直径决定着处理量和生产效率，要实现难分离物系工业化生产，首先应解决高效填料的放大效应问题。
2.2.1试验装置及方法
试验采用直径200mm的填料塔，内装双层不锈钢丝网并联螺旋填料，填料高度h=3000mm（精馏段 2000mm，提馏段1000mm），塔中部设有液体进料口、液体收集和气液再分配装置，塔顶回流处设有液体分配盘，塔釜设有自动排液装置，顶部和塔底有测温点、测压点和取样点，供取样和检测用。
2.2.2试验物系和数据讨论
试验选用的物系为二氧化碳全降解塑料生产装置反应后的回收液。
2.3结果与讨论
1、从实验数据不难看出并联螺旋填料的传质效率非常高，在低气速下每米填料理论塔板数比普通规整丝网填料的效率高3倍以上，可以达到35块理论塔板数；在空塔气速达到1.5m/s时，填料的操作弹性和液体负荷都比较小，此时不会发生液泛。此时的工艺条件能满足生产要求，该填料分离环氧丙烷的效果非常明显。
2、为了提高分离效果，使之能够达到工业化应用的水平，从相关的实验试验数据表明高效并联螺旋不锈钢丝网填料放大到500mm直径以上时分离效果很高。联螺旋不锈钢丝网填料是一种高效、低阻的新型填料，尤其是在回收环氧丙烷方面效果非常明显。环氧丙烷（PO）在反应中须过量投入，投入量中大约有30%的环氧丙烷（PO）参与反应，剩余大量环氧丙烷（PO）没有反应，在后处理环节，必须对环氧丙烷（PO）进行回收，过剩环氧丙烷（PO）的回收就成了降低成本的重中之重。填料直径放大到直径200mm后，仍然保证了良好的传质效果和操作弹性。在液体能够均匀分配的条件下，效率随气液速度的增加而降低。
三、总结
试验基本上体现了填料的流体力学和传质性能，验证了并联螺旋不锈钢丝网填料的放大效应已得到很好地解决。表明并联螺旋不锈钢丝网填料是一种高效、低阻的新型填料，尤其是在回收环氧丙烷方面效果非常明显。环氧丙烷（PO）在反应中须过量投入，投入量中大约有30%的环氧丙烷（PO）参与反应，剩余大量环氧丙烷（PO）没有反应，在后处理环节，必须对环氧丙烷（PO）进行回收，过剩环氧丙烷（PO）的回收就成了降低成本的重中之重。通过抽吸等手段回收的环氧丙烷（PO）中新引入了的水、乙醛、丙醛、丙二醇、聚醚等数百种副產物。这一试验结果对经济的回收提纯环氧丙烷（PO）、分离这些杂质成为解决二氧化碳全降解塑料商业化提供了一点指导意见，对环境保护有一定的有益作用。（作者单位：河南省西平县环境保护局）
参考文献：
[1]郭庆杰.温室气体二氧化碳捕集和利用技术发展.化学工业出版社，2010.10.1.
[2]柯滨，刘云霞.白色污染的治理及其展望.武汉生物工程学院学报，2006，2（4）：243-245.
[3]Wlawton，EV Eggert.Some effct of high sodium chloride concen-trations on trickling filter slimes sewage[J]. Industry wasters： 1996；29：121～128.
[4]孙吉祥，李广茹，朱运誉，环氧丙烷废水生化处理装置[J]. 氯碱工业： 1998， （8）： 42-3.
[5]M G Clerci，G Bellussi，U Romano.Synthesis of Propylene Oxide from Propylene and Hydrogen Peroxide Catalysed by Titanium Silicalite[J]. J Catal.： 1991， （129）：159-172.
[6]李孟，张倩， 预氧化工艺强化处理环氧丙烷废水的试验研究[J]. 武汉理工大学学报： 2008， 30（3）：43-45.
[7]Fair J.R，Bravo J.R，Distillation columns containing structured packing， Chemical Engineering Progress，1990，86（1）：19-29.
[8]Nield D A，Alternative model for wall effect in laminarflow of fluid through a packed column，AIChE Journal，1983，29（4）：688-689.
[9]Eckert J.S，Selecting the proper distillation columns packing，Chem Eng Prog， 1970，66（3）：39-43.