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《天津大学》 2007年
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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

吕世军  
【摘要】: 本文首先对线性溶剂化能关系进行了分析介绍,也介绍了采用溶剂化能关系得到溶质溶剂特性参数的方法步骤,并将这些参数用于萃取精馏萃取剂的选择与优化;也通过线性溶剂化能关系式建立无限稀释活度系数预测模型,取得了一定的预测精度;将通过上述方法初选的溶剂进行了常压汽液平衡的测定研究,通过实验研究选定含水4%(占NMP质量)的N-甲基吡咯烷酮溶液做为C5分离的萃取剂,测定了大量N-甲基吡咯烷酮与C5组分的二元平衡数据,并进行关联计算;以异戊二烯为目标产物在实验室规模的精馏塔内进行了C5分离的实验研究,取得大量塔内数据;通过选用合适的热力学模型,采用ASPEN中RadFrac模块对分离过程进行模拟研究,通过实验与模拟相结合,建立了C5分离的新工艺,为将来的工业化打下了坚实的基础。主要研究内容如下: 1.对线性溶剂化能关系进行了分析介绍,并详细介绍如何通过线性溶剂化能关系得到的溶剂溶质的特性参数π~*、α和β,它们分别代表溶质溶剂的偶极诱导作用、氢键酸度和氢键碱度。并将这些数据用于萃取精馏中萃取剂的选择和优化。 2.运用线性溶剂化能关系提出了预测无限稀释活度系数的模型,用大量无限稀释活度系数的实验值回归出模型中的参数,最后得出用溶质溶剂特性参数值预测无限稀释活度系数的经验模型式。 3.以混合C5中的正戊烷和异戊二烯为分离的代表化合物,运用上述理论进行了萃取剂的定性选择和优化。将萃取剂的选择范围集中在7种溶剂中。 4.建立了一套气液平衡装置,并对实验装置进行了实验检验,结果表明此装置可用于气液平衡的测定。运用上述装置运用理论选出的7种溶剂进行分离性能的实验研究,根据实验结果和溶剂综合性能,选定N-甲基吡咯烷酮为C5分离的萃取剂;并对N-甲基吡咯烷酮进行了优化实验研究,结果表明含水4%(占NMP的质量)的混合溶剂对于C5分离效果最佳。 5.对C5中的主要组分和溶剂做了常压下气液平衡的测定研究,所测数据都通过了热力学一致性检验,并用NRTL-RK方程对实验数据进行了关联,得到了C5组分与溶剂二元交互作用参数和非随机性参数,为后边的工艺计算取得了大量基础数据。 6.以异戊二烯为目标产物,在实验室规模的精馏塔内进行了C5分离的实验研究。实验分两步进行:第一步采用萃取精馏分离戊烷和单烯等轻组分,实验分别研究了萃取剂用量,回流比等操作条件对分离效果的影响,并取得大量实际塔内的实验数据;第二步分离重组分时采用两种方法进行了实验研究,即萃取精馏和普通精馏方法,研究了各种操作条件对分离效果的影响。又对第二步的两种分离方法进行了比较,结果表明,采用普通精馏效果更好,且分离工艺比较简单。 7.通过ASPEN中RadFrac模块首先对实验条件进行了模拟研究,结果表明对于第一步萃取精馏的模拟,热力学模型采用NRTL-RK方程,气相采用RK方程,液相采用NRTL方程,采用的模型参数大都由所测和文献数据回归得到,只有个别采用ASPEN自带参数或预测得到,模拟数据与实验数据吻合较好,此模型可用于第一步萃取精馏的模拟;第二步普通精馏,热力学模型采用Peng-Robinson方程,模拟数据与实验结果吻合较好。结果表明RadFrac模块可用与C5分离工艺的模拟优化研究。 8.通过模拟研究,得到分离各步的最佳塔高,进料位置和各种操作条件;并进行了全流程的模拟优化得到聚合级的异戊二烯的各种工艺参数;通过模拟研究对分离工艺进一步深化,得到了从C5中分离出环戊烯和间戊二烯的优化工艺条件,对工艺经济性进一步优化,给过程工业化提供了依据。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TQ202

【参考文献】
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