论文题目: 间歇萃取精馏新操作方式及相关应用基础研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 化学工程
作者: 华超
导师: 李鑫钢,白鹏
关键词: 间歇萃取精馏,双再沸器,刚性微分方程组,溶剂选择,改进的模型
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 间歇萃取精馏是一个新兴的研究课题,它不仅具有间歇精馏的优点,如设备通用性强、操作灵活、单塔可分离多个产品等,而且还具有萃取精馏可分离近沸点或共沸物物系的优点,是近年来非常活跃的研究和开发领域。本文通过理论分析和实验相结合的方法,主要研究了萃取精馏溶剂的选择、常规间歇萃取精馏的中试实验和过程模拟并提出了双再沸器间歇萃取精馏的新操作方式。针对溶剂选择的问题,提出了一种运用改进的UNIFAC模型预测和实验数据相结合来进行萃取剂筛选的方法,并对乙醇-水等六种体系萃取精馏所用的萃取剂进行了验证,结果比较满意。研究表明此方法克服了单纯利用理论模型预测准确度不高和单纯利用实验法工作量大的缺点,对单一溶剂和混合溶剂的选择同样适用,在实际应用中是一种快速有效的萃取剂选择方法。鉴于常规间歇萃取精馏中试及工业化研究较少的现状,在自行设计的不锈钢精馏塔上对乙醇-水(乙二醇为萃取剂)的常规间歇萃取精馏过程进行了中试实验研究,考察了回流比、溶剂流入速率和溶剂入塔温度等操作参数对过程的影响如塔顶馏分的纯度、产品回收率和溶剂回收率等。为了从理论上深入地探索和研究常规间歇萃取精馏过程,采用改进的两点隐含法求解描述该过程平衡级恒摩尔持液模型的非线性刚性方程组,提高了此计算方法的稳定性和收敛速度,且计算精度较高。利用以上常规间歇萃取精馏中试实验数据对该模型求解的计算结果进行了比较,实验值与计算值吻合较好。并研究了回流比、溶剂入塔流率、溶剂加入位置、再沸器负荷及塔板持液量等因素对间歇萃取精馏分离过程的影响。同时采用此模型对常规间歇萃取精馏分离丙酮-甲醇(水为溶剂)的过程进行了模拟计算,结果表明此模型的准确性和通用性是令人满意的。针对常规间歇萃取精馏存在的一些不足之处如塔釜温度不断上升引起的操作控制的复杂性以及塔釜体积受限等缺点,提出了一种具有双再沸器间歇萃取精馏操作方式并首先从理论上研究了其操作可行性。在这种操作方式中,一个再沸器作为原料再沸器,另一个作为溶剂再沸器,在操作过程中从塔上部流下的混有溶剂的塔内液相通过塔下部的折流板直接流入溶剂再沸器,经简单蒸馏后汽相返回原料再沸器,而富含溶剂的液相留在溶剂再沸器中,操作结束后即可回收溶剂。本文在中试精馏塔上采用乙醇-水物系(乙二醇为溶剂)进行了新操作方式的实验研究并与同等条件下的常规间歇萃取精馏进行了比较,研究表明塔顶可以得到纯度大于99.82%的馏分,同时新操作方式具有再沸器温度比较稳定、操作控制方便、操作弹性较大、产品收率和溶剂回收率较高等优点。
论文目录:
前言
第一章 文献综述
1.1 萃取精馏的分类
1.1.1 连续萃取精馏
1.1.2 间歇萃取精馏
1.2 间歇萃取精馏过程的可行性研究
1.2.1 可行性研究的必要性
1.2.2 残余曲线图的应用(Residue curve map, RCM)
1.2.3 可行性研究的研究进展
1.3 间歇萃取精馏的操作方式和优化策略
1.3.1 间歇萃取精馏的操作方式
1.3.1.1 溶剂加入方式的研究
1.3.1.2 新型精馏塔设备的研究
1.3.2 间歇萃取精馏操作方式的优化策略
1.3.3 间歇萃取精馏的优化准则
1.4 间歇萃取精馏过程的模拟研究
1.4.1 间歇萃取精馏模拟概述
1.4.1.1 平衡级精馏模拟
1.4.1.2 间歇萃取精馏过程的数学模型
1.4.1.3 塔内持液量对间歇萃取精馏过程模拟的影响
1.4.2 间歇萃取精馏过程模拟的研究进展
1.4.3 影响间歇萃取精馏过程模拟准确性的因素分析
1.4.4 间歇萃取精馏过程模拟的现存问题
1.5 间歇萃取精馏的研究背景及其本文研究内容
1.5.1 当前存在的问题
1.5.2 本文的研究内容
第二章 萃取精馏萃取剂选择的研究
2.1 萃取剂的类型
2.1.1 单一萃取剂
2.1.2 混合萃取剂
2.2 萃取剂选择的研究状况
2.3 改进UNIFAC模型
2.4 萃取剂选择的实验研究
2.4.1 实验装置
2.4.2 实验试剂及分析条件
2.4.3 萃取剂的选择性及相对挥发度
2.4.4 实验结果与讨论
2.5 小结
第三章 常规间歇萃取精馏的中试实验研究
3.1 溶剂的选择
3.2 实验装置及操作步骤
3.2.1 实验装置流程图
3.2.2 实验准备工作
3.2.3 实验试剂、设备及分析方法
3.2.4 实验步骤
3.3 实验结果与讨论
3.3.1 实验过程分析
3.3.1.1 塔顶馏分的变化规律
3.3.1.2 塔顶和塔底温度的变化规律
3.3.2 过程操作参数的影响
3.3.2.1 回流比的影响
3.3.2.2 溶剂加入速率的影响
3.3.2.3 溶剂入塔温度的影响
3.4 小结
第四章 间歇萃取精馏过程的数学模拟与计算
4.1 间歇萃取精馏过程的数学模型
4.1.1 数学模型的假设
4.1.2 数学模型的建立
4.1.3 数学模型的求解
4.1.4 计算程序流程
4.1.5 数值计算过程的启动
4.2 计算汽液相平衡的热力学模型及参数
4.3 模拟计算实例
4.3.1 乙醇-水体系间歇萃取精馏过程的模拟
4.3.2 丙酮-甲醇体系间歇萃取精馏过程的模拟
4.4 过程操作参数的影响
4.4.1 回流比的影响
4.4.2 溶剂流率的影响
4.4.3 溶剂加入位置的影响
4.4.4 再沸器热负荷的影响
4.4.5 塔板持液量的影响
4.5 小结
第五章 双再沸器间歇萃取精馏的研究
5.1 过程可行性分析
5.2 实验部分
5.2.1 实验装置
5.2.2 实验操作步骤
5.3 实验结果与讨论
5.3.1 实验过程分析
5.3.1.1 塔顶馏分浓度随时间的变化曲线
5.3.1.2 过程操作压降的变化规律
5.3.2 与常规间歇萃取精馏的比较
5.3.2.1 塔釜温度变化曲线的比较
5.3.2.2 塔顶馏分浓度变化曲线的比较
5.3.2.3 过程操作时间的比较
5.3.2.4 产品收率的比较
5.3.2.5 溶剂回收的比较
5.3.2.6 过程操作弹性的比较
5.3.2.7 过程操作能耗的比较
5.4 小结
第六章 结 论
符号说明
参考文献
博士在读期间发表论文情况及参加科研情况
附录A 转子流量计的校正曲线
附录B 常规间歇萃取精馏实验数据
附录C 双再沸器间歇萃取精馏实验数据
附录D 物性常数列表
致 谢
发布时间: 2006-05-24
参考文献
- [1].混合溶剂间歇萃取精馏的研究[D]. 张志刚.天津大学2004
- [2].带有中间储罐塔的间歇萃取精馏的研究[D]. 崔现宝.天津大学2001
- [3].萃取精馏技术强化与应用[D]. 王文华.天津大学2006
- [4].间歇萃取精馏混合溶剂的分子设计及过程的动态模拟[D]. 韩檬.天津大学2007
- [5].间歇萃取精馏分离最低共沸物系的研究[D]. 李文秀.天津大学2009
- [6].间歇萃取精馏过程强化研究[D]. 冯惠生.天津大学2010
- [7].复合萃取精馏分离乙酸乙酯—乙醇—水混合液的研究[D]. 顾正桂.南京工业大学2005
- [8].用于分离共沸物的节能隔壁塔的设计与控制研究[D]. 夏铭.天津大学2014
- [9].分离过程质量分离剂的计算机辅助分子设计[D]. 张学岗.天津大学2008
- [10].C5馏分分离新工艺的基础研究和萃取剂的选择与优化研究[D]. 吕世军.天津大学2007
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