连续多级逆流分步结晶分离萘—硫茚的研究

论文摘要

连续多级逆流分步结晶是一种新的、很有发展潜力的分离提纯技术,国外近年来开发工作进展相当活跃。与传统的结晶和精馏技术相比,该技术具有很多的优点,不仅分离效率高、能耗低、设备投资少、分离纯度高,还解决了一般精馏技术难以解决的共沸物及热敏物质分离的难题。由于其最高操作温度在物料的熔点附近,从而降低了对设备的要求,而且结晶和熔融过程均在塔内进行,简化了设备结构和操作流程。另外,生产能力大的特点决定了其更适合于大规模连续生产,因此这种新的分离技术具有广阔的应用前景和重要的工业价值。本文主要以连续多级逆流分步结晶过程为研究对象,总结前人的研究成果,并在其基础之上自行开发设计了结晶塔设备。在长1350mm、内径50mm的结晶塔内,以萘—硫茚低共熔混合物系为原料,考察了搅拌作用、晶体床层高度、进料浓度、回流比等因素的影响,取得了大量的实验数据,将浓度为90.85%的物料提纯到了99.99%。实验过程中,提纯机理主要以逆流洗涤和发汁作用为主,在此基础上建立了塔中物料浓度沿塔高的数学模型。通过多次实验,得出了不同条件下物料浓度沿塔高的分布曲线,并且验证了数学模型的正确性,为进一步放大至工业规模提供了可靠的依据。由于工业结晶分离过程是基于固—液相平衡理论的,因此进行有机物系固—液相平衡的研究具有重要的理论和实际意义。本文用激光法测定了萘在N,N-二甲基甲酰胺、正丁酸、乙酸乙酯、乙酸丁酯、四氢呋喃和N-甲基吡咯烷酮等溶剂中的溶解度。同时根据固—液相平衡理论导出溶解度方程,并采用Apelblat模型关联了实验数据。在工业结晶过程中,为了选择分离性能较好的溶剂从而采用混合溶剂。因此二元混合溶剂的热力学性质研究为工业结晶以及其他化工过程提供基础数据。本文采用Gay-Lussac比重瓶测定了常压下甘油与正丙醇、异丙醇、1,2-丙二醇,1,3-丙二醇二元体系在298.15～333.15K之间的密度,并计算得到超额摩尔体积的变化。同时按Redlich-Kister方程关联了超额摩尔体积。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 工业背景
• 1.1.1 煤焦油萘
• 1.1.2 石油萘
• 1.2 精萘和硫茚概述
• 1.2.1 精萘及其用途
• 1.2.2 硫茚及其用途
• 1.3 萘—硫茚的分离提纯工艺进展
• 1.3.1 酸洗法
• 1.3.2 催化加氢精制法
• 1.3.3 区域熔融结晶法
• 1.3.4 溶剂结晶法
• 1.3.5 分步结晶法
• 1.3.6 化学反应法
• 1.4 萘—硫茚物系概述
• 1.4.1 萘—硫茚物系的特点
• 1.4.2 萘—硫茚物系连续结晶分离原理
• 第二章 连续多级逆流分步结晶综述
• 2.1 工业结晶
• 2.2 熔融结晶
• 2.3 连续多级逆流分步结晶技术
• 2.3.1 连续多级逆流分步结晶概述
• 2.3.2 连续多级逆流分步结晶原理
• 2.3.3 连续多级逆流分步结晶研究进展
• 2.4 本文研究内容与意义
• 第三章 连续多级逆流分步结晶实验研究
• 3.1 实验装置
• 3.2 实验原料
• 3.3 实验步骤
• 3.4 产品气相色谱分析
• 3.4.1 仪器与试剂
• 3.4.2 色谱柱
• 3.4.3 色谱仪操作条件
• 3.4.4 色谱分析流程及步骤
• 第四章 连续多级逆流分步结晶数学模型
• 4.1 提纯机理
• 4.1.1 逆流洗涤作用
• 4.1.2 发汗作用
• 4.1.3 重结晶作用
• 4.2 数学模型的推导
• 4.3 数学模型的解
• 第五章 连续多级逆流分步结晶实验结果
• 5.1 搅拌作用的影响
• 5.2 晶体床层高度对分离效果的影响
• 5.3 进料浓度对分离效果的影响
• 5.4 回流比对分离效果的影响
• 5.5 物料衡算
• 5.6 典型实验
• 5.6.1 生产能力最大的操作
• 5.6.2 年处理量最大的操作
• 5.7 验证模型
• 第六章 精萘的固—液相平衡研究
• 6.1 固—液相平衡的研究方法
• 6.1.1 活度系数方程法
• 6.1.2 状态方程法
• 6.1.3 经验模型方法
• 6.1.4 人工神经网络法
• 6.1.5 拓扑方法
• 6.2 固—液相平衡热力学关系
• 6.3 精萘的溶解度测定及结果讨论
• 6.3.1 实验仪器及试剂
• 6.3.2 实验方法
• 6.3.3 实验步骤
• 6.3.4 实验装置的可靠性验证
• 6.3.5 实验结果和讨论
• 3-醇二元体系的体积性质'>6.4 甘油与C₃-醇二元体系的体积性质
• 6.4.1 实验仪器及试剂
• 6.4.2 溶液的配制
• 6.4.3 密度的测定
• 6.4.4 实验结果及讨论
• 第七章 结论
• 7.1 连续多级逆流分步结晶部分
• 7.2 固—液相平衡部分
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者与导师简介
• 附件