变压精馏分离二元均相共沸物的研究

论文摘要

甲醇、乙腈是两种重要的有机溶剂，在化工、制药等领域广泛使用。但两者在常压下形成共沸物，应用普通精馏方法难以对其进行有效的分离。本文进行了间歇变压精馏分离甲醇－乙腈共沸物系的研究，并提出了判断二元均相共沸物系能否采用变压精馏进行分离的经验判据式。首先利用汽液平衡釜测定了常压下甲醇－乙腈物系的等压汽液平衡数据，实验数据通过了符合热力学一致性检验。再选用Wilson活度系数方程估算该物系的汽液平衡数据，计算结果与实验数据吻合良好，说明该方程能够满意地表达该体系的液相性质。然后在实验室小试条件下，采用间歇减压－常压精馏法分离该物系，最后得到的甲醇、乙腈的质量浓度均能达到0.995以上，从而确定该方法的可行性。最后选用恒体积持液模型针对此过程进行了模拟计算，结果显示与实验数据吻合良好，证明了该数学模型的可靠性。在上述基础上，利用Wilson模型对5个碳以下的醇类和腈类组成的33种二元物系进行汽液平衡数据的推算。结果显示：常压下，5个碳以下的某一腈类物质1与沸点在±1 t 20℃范围内的羟基（-OH）在1号碳位上的直链醇类会形成均相共沸物，且其共沸组成随压力变化敏感，理论上可用变压精馏进行分离。再推算其它多个二元均相共沸物系的汽液平衡数据，得出：若一二元均相共沸物系的温度偏差值D满足式则其共沸组成对压力变化敏感，理论上可采用变压精馏达到分离目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 变压精馏的概述
• 1.2 变压精馏的操作方式
• 1.3 新的变压精馏过程
• 1.4 变压精馏的塔的设计
• 1.5 本文的研究内容
• 第二章 变压精馏分离甲醇－乙腈的实验研究
• 2.1 汽液平衡实验
• 2.1.1 实验装置
• 2.1.2 实验试剂及分析条件
• 2.1.3 实验结果
• 2.1.4 实验数据的关联
• 2.2 变压精馏实验
• 2.2.1 实验装置
• 2.2.2 实验试剂及分析方法
• 2.2.3 流体力学的测定
• 2.2.4 理论塔板数的测定
• 2.2.5 压力的选择
• 2.2.6 实验步骤
• 2.2.7 实验结果
• 2.3 本章小结
• 第三章 间歇变压精馏分离甲醇－乙腈的模拟研究
• 3.1 数学模型
• 3.2 计算过程
• 3.2.1 全回流稳态条件的计算
• 3.2.2 数值计算过程的启动
• 3.2.3 模拟计算流程
• 3.3 甲醇－乙腈的变压精馏操作的模拟计算
• 3.3.1 减压精馏的模拟计算
• 3.3.2 常压精馏的模拟计算
• 3.4 本章小结
• 第四章 醇类－腈类二元物系的汽液平衡的估算与预测
• 4.1 共沸范围
• 4.1.1 共沸范围的定义
• 4.1.2 共沸范围的计算
• 4.2 不同压力下的汽液平衡
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论
• 符号说明
• 参考文献
• 附录
• 发表论文和参考科研情况说明
• 致谢