乙腈—水共沸物分离的模拟与实验研究

论文摘要

在制药工业中,乙腈因其对无机以及有机化合物的优良溶解性而被广泛使用,由此而产生大量含水的乙腈废液需要进行回收。由于乙腈与水形成共沸物,普通的精馏方法无法分离这一混合物,本课题研究了采用特殊精馏方法分离乙腈—水共沸物的工艺。课题主要利用化工过程模拟软件Aspen Plus 2004对乙腈—水共沸物系的萃取精馏、变压精馏稳态过程进行了模拟。对于萃取精馏稳态过程选取乙二醇作为萃取剂,采用WILSON方程计算液相活度系数,采用理想气体状态方程预测汽相逸度系数,对塔的工艺操作参数进行了优化,结果表明产品中乙腈浓度能够达到99.9 wt%;对于变压精馏稳态过程,主要研究了变压精馏低压塔进料(包括常压塔回低压塔的循环物流进料和原料进料)位置,温度对分离过程的影响,得到了优化的工艺操作参数,产品中乙腈浓度能够达到99.9 wt%。通过间歇精馏实验研究了乙腈—水共沸物的变压精馏以及加盐变压精馏分离过程。实验结果与模拟结果较为吻合,加盐变压精馏在常压塔回低压塔的循环物流进料中NaI试剂浓度达到0.2 g/ml时,塔顶馏出液中乙腈含量差值可以增大到7.71 wt%,总能耗仅为原来的44.95%,对于同一生产装置原料处理能力提高70.26%。通过模拟以及实验研究表明,加盐变压精馏技术能够有效解决变压精馏分离乙腈—水共沸体系时存在的塔间循环量大,处理量小,能耗高的问题,与萃取精馏的总能耗大体相当,可用于改造现有生产装置,或者直接应用于生产设计中。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 精馏基本原理
• 1.2 间歇精馏
• 1.2.1 新型结构的间歇精馏塔
• 1.2.1.1 提馏式间歇精馏塔
• 1.2.1.2 中间储罐间歇精馏塔
• 1.2.1.3 其他新型间歇精馏塔
• 1.2.2 回流比恒定时的间歇精馏
• 1.2.3 馏出液组成恒定时的间歇精馏
• 1.3 盐效应理论
• 1.4 特殊精馏
• 1.4.1 萃取精馏
• 1.4.2 变压精馏
• 1.4.2.1 变压精馏基本原理
• 1.4.2.2 变压精馏研究历程
• 1.5 乙腈—水共沸物的分离方法
• 1.5.1 变压精馏
• 1.5.2 萃取精馏
• 1.6 本文的研究内容
• 第二章 乙腈—水体系萃取精馏的过程模拟
• 2.1 概述
• 2.2 乙腈—水—乙二醇的汽液相平衡
• 2.3 乙腈—水萃取精馏稳态过程的模拟
• 2.3.1 总理论板数的影响
• 2.3.2 回流比的影响
• 2.3.3 溶剂比的影响
• 2.3.4 萃取剂进料位置的影响
• 2.3.5 原料进料位置的影响
• 2.3.6 萃取剂和原料进料温度的影响
• 2.3.7 最终拟合的工艺参数
• 2.4 萃取剂乙二醇回收的稳态过程模拟
• 2.5 本章小结
• 第三章 乙腈—水体系变压精馏的过程模拟
• 3.1 概述
• 3.2 乙腈—水变压精馏稳态过程的模拟
• 3.2.1 减压塔原料进料位置的影响
• 3.2.2 减压塔循环物流进料位置的影响
• 3.2.3 原料进料温度的影响
• 3.2.4 循环物流进料温度的影响
• 3.2.5 低压塔最终拟合的工艺参数
• 3.3 常压塔最终拟合的工艺参数
• 3.4 本章小结
• 第四章 乙腈—水体系间歇变压精馏的实验研究
• 4.1 实验原料的基本性质
• 4.2 变压精馏低压塔实验部分
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 实验装置
• 4.2.3 实验步骤
• 4.3 变压精馏常压塔实验部分
• 4.3.1 实验原料
• 4.3.2 实验装置
• 4.3.3 实验步骤
• 4.4 实验结果检测
• 4.4.1 分析所用色谱型号和检测条件
• 4.4.2 定量分析
• 4.5 实验结果与讨论
• 4.6 本章小结
• 第五章 乙腈—水体系分离方法分析
• 5.1 加盐变压精馏与原变压精馏分离乙腈—水体系的比较
• 5.2 乙腈—水体系分离方法比较
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢