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带有中间储罐塔的间歇萃取精馏的研究

作　者: 崔现宝
导　师: 杨志才
学　校: 天津大学
专　业: 化学工程
关键词: 间歇萃取精馏选择性溶剂选择模拟异丙醇中间储罐丙酮甲醇溶解度参数基团贡献法
分类号: TQ028.31
类　型: 博士论文
年　份: 2001年
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内容摘要

本文通过理论分析和实验相结合的方法，主要研究了萃取精馏溶剂的选择以及带有中间储罐塔的间歇萃取精馏过程的操作性能和设计计算问题。溶剂的选择是萃取精馏的核心。本文通过正规溶液理论进行分析得到了运用溶解度参数初步选择溶剂的方法，并且推导出达到规定的选择性的溶剂的溶解度参数范围。该方法适用于被分离体系和溶剂不形成氢键的正偏差系统，不仅适用于单一溶剂，本文还将其推广到混合溶剂的选择中。本文还利用UNIFAC方程并结合溶剂的选择性定义进行理论推导，导出了溶剂选择的严格方法，即基团贡献法。将溶剂的选择性分成部分组合选择性和部分剩余选择性，部分组合选择性表示了溶剂与被分离关键组分分子大小和形状差别对选择性的贡献，部分剩余选择性表示了溶剂与被分离关键组分分子间作用力对选择性的贡献。分别研究了部分组合选择性和部分剩余选择性的影响因素，得到了使部分组合选择性大于1的条件。将被分离关键组分和溶剂基团所构成的基团交互作用参数表分成四个区，其中被分离关键组分的基团所构成的区对溶剂的选择性没有影响，其余三个区对溶剂的选择性有影响，研究了这三个区中溶剂基团与被分离关键组分基团之间的交互作用参数对部分剩余选择性的影响。通过研究发现，在大多数情况下部分组合选择性的作用一般比较小，在选择溶剂时，可以主要考虑部分剩余选择性。提出了通过被分离关键组分基团在组分1和组分2中个数差值v_k~′，并利用基团交互作用参数总表来选择溶剂的主要基团的方法。当v_k~′为正值，则在基团交互作用参数总表中此基团所在的行或列中选择基团交互作用参数大的基团，作为溶剂的备选基团。反之，选择基团交互作用参数小的基团作为溶剂的备选基团。溶剂的备选基团选出后，结合分子结构可能性，确定溶剂分子结构。此外，还研究了溶剂与被分离体系的相溶性问题，利用无限稀释活度系数判断相溶性。带有中间储罐塔的间歇萃取精馏过程具有带有中间储罐塔的间歇精馏和萃取精馏的各自优点，是近几年来刚刚兴起的研究课题。本文采用恒摩尔持液假设，提出了用于带有中间储罐塔的间歇萃取精馏过程的数学模型，并运用两点隐含法求解此数学模型。通过数学模拟求解计算研究了回流比，再沸比、溶剂与蒸汽量之比等操作参数对带有中间储罐塔的间歇萃取精馏过程操作性能的影响。此外，还研究了影响中间储罐持液量的因素，中间储罐的持液量受回流比，再沸比，溶剂与蒸汽量之比的综合影响，不同的开工过程也影响中间储罐的持液量。采用异丙醇-水(以乙二醇为溶剂)以及丙酮-甲醇(以水为溶剂)两个体系分别进行了带有中间储罐塔的间歇萃取精馏实验，并采用恒摩尔持液模型对实验塔进行了模拟，实验结果和模拟计算结果吻合较好。在数学模拟计算和实验研究的基础上，进行了带有中间储罐的间歇萃取精馏塔的设计研究。首先，运用浓度曲线研究了带有中间储罐的间歇萃取精馏塔设计计算中的各种操作过程可行性问题。运用浓度曲线研究了各操作阶段的特性，得到了带有中间储罐塔的间歇萃取精馏在各操作阶段的可行性区域。通过浓度曲线的研究，提出了最小回流比，最小溶剂与蒸汽量之比的计算方法。提出了带有中间储罐的间歇萃取精馏塔的简捷设计方法。即

全文目录

前言  10-11
第一章文献综述  11-26
  1.1 萃取精馏的分类  11-14
    1.1.1 连续萃取精馏  11-12
    1.1.2 间歇萃取精馏  12-14
  1.2 溶剂的选择  14-22
    1.2.1 溶剂的选择性  14-15
    1.2.2 溶剂的选择方法  15-17
    1.2.3 萃取精馏所用溶剂的类型  17-22
  本章主要参考文献  22-26
第二章萃取精馏溶剂的选择  26-79
  2.1 溶解度参数法选择溶剂  26-33
    2.1.1 公式的推导  26-30
    2.1.2 溶剂选择预测举例  30-33
  2.2 基团贡献法选择溶剂  33-63
    2.2.1 公式的推导  35-48
    2.2.2 萃取剂选择的基团贡献法  48-49
    2.2.3 基团贡献法选择萃取剂举例  49-63
  2.3 溶剂与被分离体系的相溶性  63-72
    2.3.1 临界溶解点的条件及完全互溶和部分互溶的判断方法  63-66
    2.3.2 萃取精馏物系溶剂相溶性判断  66-72
  2.4 溶剂的选择实验  72-75
    2.4.1 实验装置  72-73
    2.4.2 实验方法  73
    2.4.3 实验结果  73-75
  本章主要符号说明  75-77
  本章主要参考文献  77-79
第三章带有中间储罐塔的间歇萃取精馏过程的模拟  79-120
  3.1 模型基本假设  79-80
  3.2 数学模型的建立  80-81
  3.3 方程的数值解法  81-88
    3.3.1 组分物料衡算方程  82-84
    3.3.2 总物料衡算方程及焓衡算方程  84-88
  3.4 子程序计算流程  88-93
  3.5 模拟计算举例  93-105
    3.5.1 异丙醇-水体系  93-99
    3.5.2 丙酮-甲醇体系  99-105
  3.6 间歇萃取精馏的影响因素  105-118
    3.6.1 回流比的影响  105-107
    3.6.2 萃取剂与蒸汽量之比的影响  107-108
    3.6.3 再沸比的影响  108
    3.6.4 理论板数的影响  108-109
    3.6.5 原料初始浓度的影响  109-110
    3.6.6 中间储罐持液量的影响因素  110-118
  本章主要符号说明  118-119
  本章主要参考文献  119-120
第四章带有中间储罐塔的间歇萃取精馏实验研究  120-141
  4.1 实验装置及实验过程  120-123
    4.1.1 实验装置及流程  120-122
    4.1.2 实验操作步骤  122-123
  4.2 实验装置的数学描述  123-136
    4.2.1 模型基本假设  123-124
    4.2.2 数学模型的建立  124-126
    4.2.3 方程的数值解法  126-136
  4.3 实验结果与模拟计算结果的比较  136-140
    4.3.1 异丙醇-水体系  136-138
    4.3.2 丙酮-甲醇体系  138-140
  本章主要符号说明  140-141
第五章带有中间储罐的间歇萃取精馏塔的设计研究  141-175
  5.1 过程设计中可行性研究的数学模型  141-150
    5.1.1 带有中间储罐的间歇萃取精馏的操作步骤  141-142
    5.1.2 数学模型  142-149
    5.1.3 计算步骤  149-150
  5.2 过程可行性分析  150-165
    5.2.1 加溶剂全回流操作  150-155
    5.2.2 有溶剂塔顶出料，塔底不出料操作  155-162
    5.2.3 有溶剂塔顶和塔底同时出料操作  162-165
  5.3 带有中间储罐的间歇萃取精馏塔的简捷设计方法  165-173
    5.3.1 带有中间储罐的间歇萃取精馏塔的设计问题  165-166
    5.3.2 各设计变量的求解方法  166-173
  本章主要符号说明  173-174
  本章主要参考文献  174-175
第六章结论  175-177
致谢  177-178
博士在读期间发表的论文  178

带有中间储罐塔的间歇萃取精馏的研究

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