中國報(bào)告大廳網(wǎng)訊，丙二醇甲醚醋酸酯作為一種具有良好溶解性和熱穩(wěn)定性的高級(jí)有機(jī)溶劑，在多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。在彩色液晶顯示器生產(chǎn)過程中，其作用尤為關(guān)鍵。然而，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量含PGMEA 的廢稀釋劑，若不妥善處理，不僅會(huì)造成環(huán)境污染，還會(huì)導(dǎo)致資源浪費(fèi)。隨著環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格以及節(jié)能降耗需求的不斷增加，如何高效回收廢稀釋劑中的PGMEA成為行業(yè)關(guān)注焦點(diǎn)。2025年，相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展，其中利用 Aspen Plus 軟件模擬雙效熱耦合精餾工藝回收丙二醇甲醚醋酸酯行業(yè)取得了顯著進(jìn)展，為行業(yè)提供了新的解決方案。

  一、丙二醇甲醚醋酸酯回收模型的構(gòu)建與驗(yàn)證

  1.1 工藝流程設(shè)計(jì)

  基于雙效熱耦合精餾工藝的 PGMEA 回收單元，其精餾單元由脫輕組分塔和脫重組分塔構(gòu)成。脫重組分塔設(shè)為高壓精餾塔，采用鍋爐蒸汽間接加熱;脫輕組分塔設(shè)為低壓精餾塔，利用脫重組分塔塔頂蒸汽通過再沸器進(jìn)行加熱，其頂部蒸汽則采用循環(huán)冷卻水冷凝。

  廢稀釋劑先進(jìn)入原料蒸發(fā)器，經(jīng)蒸汽間接加熱，可揮發(fā)性物質(zhì)以氣相進(jìn)入脫輕組分塔，光刻膠和金屬鹽等固體雜質(zhì)殘留于蒸發(fā)器內(nèi)定期外排。進(jìn)入脫輕組分塔的可揮發(fā)性物質(zhì)，其中的 H?O 和低沸點(diǎn)雜質(zhì)從頂部冷凝采出后由生化車間處理，剩余高沸點(diǎn)雜質(zhì)進(jìn)入脫重組分塔，最終 PGMEA 從脫重組分塔頂部冷凝采出。

  1.2 物性方法及模塊選擇

  在 Aspen Plus 軟件模擬中，采用軟件內(nèi)置的 UNIQUAC - HOC 模型。雙效熱耦合精餾單元是模擬重點(diǎn)，真空泵、冷凝器和再沸器在集成塔環(huán)境中模擬。假設(shè)揮發(fā)性有機(jī)物與不揮發(fā)精餾殘?jiān)谠险舭l(fā)器中完全分離，PGMEA 回收單元各塔設(shè)備參數(shù)為：原料蒸發(fā)器為刮板式;脫輕組分塔為填料塔，填料高度 9m;脫重組分塔為填料塔，填料高度 20m，且填料理論板數(shù)每米 5 層。

  1.3 原料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

  某薄膜晶體管液晶顯示器(TFT - LCD)生產(chǎn)企業(yè)的廢稀釋劑流量為 1000kg/h，其主要組成中 PGMEA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá) 94.1%，還含有丙二醇甲醚(PGME)、3 - 甲氧基丙酸甲酯(MMP)、二乙二醇二乙醚(DGDE)、H?O 以及不揮發(fā)性殘?jiān)?。各組分沸點(diǎn)和質(zhì)量分?jǐn)?shù)具體如下：PGMEA 沸點(diǎn) 146℃，質(zhì)量分?jǐn)?shù) 94.1%;PGME 沸點(diǎn) 120℃，質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0.4%;MMP 沸點(diǎn) 143℃，質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0.8%;DGDE 沸點(diǎn) 180 - 190℃，質(zhì)量分?jǐn)?shù) 1.1%;H?O 沸點(diǎn) 100℃，質(zhì)量分?jǐn)?shù) 1.2%;不揮發(fā)性殘?jiān)|(zhì)量分?jǐn)?shù) 2.4%。

  1.4 模型驗(yàn)證

  采用 UNIQUAC - HOC 模型擬合得到的 PGMEA - H?O 體系物性參數(shù)顯示，在 53.3kPa 下 PGMEA - H?O 體系氣 - 液平衡參數(shù)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合，說明該模型可用于模擬此 PGMEA 回收單元。同時(shí)，流程模擬計(jì)算收斂誤差設(shè)置為 1×10??，以保障計(jì)算結(jié)果精度。

  二、丙二醇甲醚醋酸酯回收流程的模擬與優(yōu)化

  2.1 脫輕組分塔的優(yōu)化分析

  《2025-2030年全球及中國丙二醇甲醚醋酸酯行業(yè)市場現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報(bào)告》指出，設(shè)定廢稀釋劑進(jìn)料量為 1000kg/h，脫輕組分塔操作壓力 35kPa(絕壓)，塔頂采出量 35kg/h，以脫輕組分塔除 H?O 率不低于 99%，除 H?O 后廢稀釋劑中 H?O 質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高于 0.05% 為控制目標(biāo)。調(diào)節(jié)脫輕組分塔再沸器熱負(fù)荷，分析發(fā)現(xiàn)脫輕組分塔除 H?O 率和回流比均隨再沸器熱負(fù)荷增加而增加。當(dāng)熱負(fù)荷為 1300MJ/h 時(shí)，除 H?O 率達(dá) 99.01%，回流比為 40.08，此時(shí)脫輕組分塔底部物料中 H?O 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.01%，滿足控制目標(biāo)。

  2.2 脫重組分塔的優(yōu)化探究

  2.2.1 塔頂采出量對(duì) PGMEA 品質(zhì)的影響

  考慮到物料在設(shè)備和管道中的熱量損失，設(shè)定脫重組分塔與脫輕組分塔之間的能量傳遞損失在 5% 以下，傳熱溫差不小于 10℃。當(dāng)脫輕組分塔再沸器熱負(fù)荷為 1300MJ/h 時(shí)，脫重組分塔塔頂冷凝潛熱需控制在 1368.4MJ/h 以下，將脫重組分塔頂部冷凝熱負(fù)荷設(shè)定為 1365MJ/h。以 PGMEA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于 99% 為優(yōu)化目標(biāo)，分析塔頂采出量對(duì) PGMEA 品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，經(jīng)脫輕組分塔處理后的廢稀釋劑中少量的 H?O 和 PGME 在脫重組分塔中隨 PGMEA 一起從塔頂采出。塔頂采出量較低時(shí)，PGMEA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，產(chǎn)品主要為 H?O、PGME 和 MMP;隨著塔頂采出量增加，PGMEA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸提高，當(dāng)塔頂采出量為 930kg/h 時(shí)，PGMEA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)最大 99.14%，此時(shí)脫重組分塔回流比為 3.54，PGMEA 回收率為 97.98%，原料中的 PGMEA 幾乎全部回收;繼續(xù)增加塔頂采出量，高沸點(diǎn)組分 DGDE 逐漸向塔頂上移進(jìn)入產(chǎn)品，導(dǎo)致 PGMEA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降，當(dāng)塔頂采出量達(dá) 933kg/h 時(shí)，PGMEA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至 99% 以下，所以塔頂采出量為 930kg/h 較為適宜。

  2.2.2 進(jìn)料位置對(duì) PGMEA 品質(zhì)的影響

  精餾塔進(jìn)料位置影響塔內(nèi)氣液相分布，進(jìn)而影響物料分離效果和產(chǎn)品品質(zhì)。設(shè)定脫重組分塔塔頂采出量為 930kg/h，分析不同理論塔板進(jìn)料位置對(duì) PGMEA 品質(zhì)的影響。結(jié)果顯示，H?O 和 PGME 質(zhì)量分?jǐn)?shù)幾乎不受理論塔板數(shù)影響，當(dāng)廢稀釋劑從脫重組分塔第 18 - 65 層理論塔板進(jìn)料時(shí)，PGMEA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)始終穩(wěn)定在 99.24%。理論進(jìn)料塔板數(shù)過低或過高，會(huì)使脫重組分塔的提餾段或精餾段理論塔板層數(shù)不足，導(dǎo)致產(chǎn)品中 DGDE 質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加。由于脫重組分塔采用孔板波紋填料設(shè)計(jì)，填料高度為 20m，分為 4 段，每段填料高度 5m，每米填料理論塔板數(shù)為 5 層，即每段填料理論塔板數(shù)為 25 層，因此設(shè)計(jì)廢稀釋劑從第 2 和第 3 段填料之間進(jìn)料，進(jìn)料位置為第 50 層理論塔板。

  2.3 優(yōu)化效果評(píng)估

  通過 Aspen Plus 軟件模擬，得到脫重組分塔操作壓力為 49kPa(絕壓)，塔頂操作溫度為 121.9℃的優(yōu)化工藝參數(shù)。在此最佳工況下，模擬雙效熱耦合精餾工藝處理某 TFT - LCD 企業(yè)廢稀釋劑，物料平衡結(jié)果顯示，最終在脫重組分塔塔頂獲得質(zhì)量分?jǐn)?shù) 99.24% 的 PGMEA 產(chǎn)品，回收率達(dá) 98.08%。精餾單元僅脫重組分塔采用外部能源供熱，優(yōu)化后的脫重組分塔需 1376MJ/h 熱負(fù)荷，而脫重組分塔塔頂采出量為 930kg/h，即每生產(chǎn) 1t PGMEA 產(chǎn)品，雙效熱耦合精餾工藝能耗為 1480MJ，相比常規(guī)精餾回收工藝能耗(1980MJ/t)，節(jié)能約 25.3%。脫輕組分塔塔頂主要采出 H?O 和低沸點(diǎn)雜質(zhì)，其中 PGMEA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 51.59%，因廢 H?O 量少且 PGMEA 與 H?O 共沸，采用常規(guī)精餾回收經(jīng)濟(jì)效益低，所以脫輕組分塔采出液需進(jìn)入生化車間進(jìn)一步處理，或待廢 H?O 累積到一定量時(shí)，采用共沸精餾工藝回收其中的 PGMEA。

  三、總結(jié)

  在2025年丙二醇甲醚醋酸酯行業(yè)技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中，針對(duì)廢稀釋劑中 PGMEA 回收這一關(guān)鍵問題，通過構(gòu)建基于雙效熱耦合精餾工藝的模擬模型，并進(jìn)行全面優(yōu)化，取得了令人矚目的成果。

  在脫輕組分塔操作方面，當(dāng)操作壓力為 35kPa，塔頂采出量為 35kg/h，再沸器熱負(fù)荷達(dá)到 1300MJ/h 時(shí)，展現(xiàn)出極佳的除水性能，除 H?O 率高達(dá) 99.01%，回流比為 40.08 ，有效保障了進(jìn)入后續(xù)流程物料的低含水量，為提高最終 PGMEA 產(chǎn)品質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。

  脫重組分塔的優(yōu)化成果同樣顯著。塔頂采出量設(shè)定為 930kg/h 時(shí)，原料中的 PGMEA 幾乎實(shí)現(xiàn)全部回收，質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá) 99.14%，回收率達(dá) 97.98% 。從進(jìn)料位置來看，采用孔板波紋填料設(shè)計(jì)的脫重組分塔，當(dāng)從第 18 - 65 層理論塔板進(jìn)料時(shí)，PGMEA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)穩(wěn)定在 99.24% 以上，確定了最佳進(jìn)料位置為第 50 層理論塔板，極大提升了分離效率和產(chǎn)品品質(zhì)。

  從整體工藝能耗角度評(píng)估，利用 Aspen Plus 軟件模擬優(yōu)化的雙效熱耦合精餾工藝，每生產(chǎn) 1t PGMEA 產(chǎn)品能耗僅為 1480MJ，相較于常規(guī)精餾回收工藝，節(jié)能約 25.3% ，這不僅符合當(dāng)前環(huán)保和節(jié)能降耗的行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，更為企業(yè)降低生產(chǎn)成本、提高市場競爭力提供了有力支持。

  綜上，2025年在丙二醇甲醚醋酸酯行業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，雙效熱耦合精餾工藝在廢稀釋劑中 PGMEA 回收方面展現(xiàn)出卓越的性能和巨大的應(yīng)用潛力，有望推動(dòng)行業(yè)在資源回收利用和綠色生產(chǎn)方面邁向新的高度。

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