醋酸水溶液的萃取分离研究

论文摘要

长期以来，醋酸废水的处理一直是困扰许多企业的技术难题。研究醋酸水溶液的有效分离不仅可以带来经济和社会效益，同时对于化工分离、化工环保等学科的发展也具有重要作用。本文在综述了各种醋酸溶液分离方法的基础上，提出采用液液萃取-共沸精馏联合法来分离醋酸溶液。以醋酸仲丁酯为萃取剂对醋酸水溶液的萃取分离过程进行研究，研究内容和结果如下所述：（1）对醋酸水溶液萃取分离工艺进行研究。考察进料流速、进料连续相浓度、相比、温度等工艺条件对萃取过程的影响。实验结果表明，同一相比下，流速大时，过程更快达到稳定，流速增大，萃取效果先变好后变差；进料醋酸浓度越大，相比越大，温度越高萃取效果越好。（2）对醋酸仲丁酯-醋酸-水萃取体系的传质行为进行研究。①传质系数的测定和关联。用单液滴法考察了液滴大小、连续相浓度及温度等因素对该体系自由运动阶段传质系数的影响，其中，连续相为水，分散相为醋酸仲丁酯，溶质醋酸从连续相向分散相传递。结果表明液滴增大和温度升高均有利于传质系数的提高；连续相醋酸浓度越高，传质系数越小。此外，采用改进的双膜模型对传质系数进行关联，拟合结果较好。②萃取体系不稳定性的实验研究。首先，采用投影光学法实验观测了两平面液层体系的Marangoni对流现象，结果表明当水相中醋酸浓度达到25%时，该体系的传质过程出现了Marangoni对流。其次，用光学接触角测量仪对单液滴的不稳定性行为进行实验研究，结果表明，当溶质从水液滴向醋酸仲丁酯相传质时，液滴出现了不稳定性。液滴中醋酸浓度达到15%后即出现Rayleigh-Taylor不稳定性，当液滴中醋酸浓度达到25%以后，液滴的不稳定性受Rayleigh-Taylor不稳定性及Marangoni效应的共同控制，液滴中醋酸浓度越高，液滴振荡变形越强烈；而传质方向相反时，醋酸仲丁酯液滴出现Rayleigh-Taylor不稳定性。（3）对醋酸仲丁酯-醋酸-水萃取体系的Marangoni效应进行数值模拟。借助CFD软件，模拟了温度差对Marangoni对流的影响。模拟结果表明，当温度差大于0.05K时温度场与速度场相耦合，出现Marangoni效应，温差越大，Marangoni效应越显著。此外，在二维和三维坐标系中数值模拟了运动液滴的Marangoni效应。模拟结果显示，醋酸浓度2550%的水液滴在醋酸仲丁酯相中运动时液滴出现明显的形变；醋酸仲丁酯液滴在2550%醋酸水溶液中运动时，液滴也呈现出各种无规则的形变；醋酸浓度越大，液滴形变越厉害。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 目录
• 主要符号表
• 第一章 引言
• 1.1 醋酸水溶液分离方法研究概况
• 1.1.1 精馏法
• 1.1.2 酯化法
• 1.1.3 中和法
• 1.1.4 吸附法
• 1.1.5 渗透汽化法
• 1.1.6 电渗析法
• 1.1.7 液液萃取法
• 1.1.8 分离方法的选择
• 1.2 传质过程研究
• 1.2.1 相间传质系数的测定方法
• 1.2.2 相间传质模型
• 1.2.3 传质不稳定性研究
• 1.3 本文研究内容及研究意义
• 第二章 醋酸水溶液萃取工艺条件研究
• 2.1 萃取分离方案的确定
• 2.1.1 萃取剂的选择
• 2.1.2 萃取塔设备的选择
• 2.1.3 填料的选择
• 2.1.4 分散相的选择
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂及仪器
• 2.2.2 实验装置及步骤
• 2.2.3 实验分析方法
• 2.3 实验结果及讨论
• 2.3.1 萃取相、萃余相中醋酸浓度随时间的变化
• 2.3.2 进料流速对萃取效果的影响
• 2.3.3 进料醋酸浓度对萃取效果的影响
• 2.3.4 相比对萃取效果的影响
• 2.3.5 温度对萃取效果的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 醋酸仲丁酯-醋酸-水萃取体系传质系数的测定
• 3.1 概述
• 3.2 实验试剂及仪器
• 3.2.1 实验试剂
• 3.2.2 实验仪器
• 3.3 实验装置及步骤
• 3.4 实验结果及讨论
• 3.4.1 液滴直径对传质系数的影响
• 3.4.2 连续相醋酸浓度对传质系数的影响
• 3.4.3 温度对传质系数的影响
• 3.5 双膜传质模型
• 3.6 本章小结
• 第四章 醋酸仲丁酯-醋酸-水萃取体系传质不稳定性的实验研究
• 4.1 不稳定性一般准则
• 4.2 实验试剂及仪器
• 4.2.1 实验试剂
• 4.2.2 实验仪器
• 4.3 实验装置及方法
• 4.3.1 Marangoni 对流实验观测装置及方法
• 4.3.2 液滴不稳定性实验观测装置及方法
• 4.4 实验结果与讨论
• 4.4.1 Marangoni 效应实验观测结果
• 4.4.2 液滴不稳定性实验观测结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 醋酸仲丁酯-醋酸-水体系传质不稳定性的数值模拟
• 5.1 温度驱动的 Marangoni 效应的模拟
• 5.1.1 模型定义
• 5.1.2 控制方程
• 5.1.3 初始条件和边界条件
• 5.1.4 温度差对 Marangoni 效应影响的数值模拟结果
• 5.2 运动单液滴溶质 Marangoni 效应的数值模拟
• 5.2.1 基本假设
• 5.2.2 Marangoni 效应的数学模型
• 5.2.3 计算域、初始条件和边界条件
• 5.2.4 计算步骤
• 5.2.5 模拟结果及讨论
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文