丁醇,本文中主要探究正丁醇(n-butanol)和異丁醇(iso-butanol),是一種重要的有機(jī)化工原料和高能替代燃料,用途十分廣泛。近年來,其需要量的快速增加及能源價(jià)格的不斷提高對(duì)丁醇回收利用提出了更高的要求,因此有效地從廢液中回收丁醇進(jìn)行再利用具有相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)、能源和環(huán)保價(jià)值。雖然近期石油價(jià)格和CO_2排放的增長使得生物制丁醇技術(shù)再一次引起關(guān)注,但是該技術(shù)產(chǎn)率低,能耗高,所以目前丁醇還是主要依靠石油煉化生產(chǎn)。對(duì)于丁醇-水體系,存在于多種化工廢水廢液中。不僅對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的危害,同時(shí),由于國內(nèi)對(duì)混合丁醇的回收缺乏有效的工藝技術(shù),還造成了重要有機(jī)化工原料的浪費(fèi)損失。本文以山東省某化工企業(yè)丁醇生產(chǎn)的廢水為研究對(duì)象,利用化工模擬開發(fā)平臺(tái)Aspen Plus對(duì)其進(jìn)行開發(fā)流程并模擬計(jì)算,利用Aspen Plus中的UNIQUAC模型對(duì)其汽液和液液平衡進(jìn)行了預(yù)測(cè),結(jié)果顯示與文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)良好吻合,證明了該模型模擬計(jì)算所得數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。對(duì)正丁醇-異丁醇-水體系,在質(zhì)量流率為100t/h時(shí)進(jìn)行分離回收。由于該三元體系會(huì)形成共沸物,普通精餾無法實(shí)現(xiàn)高純度的分離。本文對(duì)現(xiàn)在常規(guī)的分離方式共沸精餾和傳統(tǒng)萃取精餾(利用1,4-丁二醇為萃取劑)對(duì)該混合體系進(jìn)行流程搭建和模擬計(jì)算,并優(yōu)化得到所需塔板數(shù),進(jìn)料位置,以及回流比等重要參數(shù)。正丁醇,異丁醇和水純度分別能達(dá)到99.99%(w%),并且萃取精餾中的萃取劑純度可達(dá)99.99%(w%)以上。傳統(tǒng)的兩種分離方式存在著能耗較高的問題,基于此,本文提出了一種節(jié)能型的萃取精餾流程,萃取精餾塔真空操作,塔釜再沸器的一部分熱源來自溶劑回收塔塔頂高溫蒸汽。這樣就充分利用了該股蒸汽的潛熱,實(shí)現(xiàn)了能量的節(jié)省。并利用Aspen Plus對(duì)該流程進(jìn)行優(yōu)化,得到各塔所需的塔板數(shù),進(jìn)料位置,回流比,溶劑比等重要操作參數(shù)。正丁醇,異丁醇和水純度分別能達(dá)到99.99%(w%),并同時(shí)萃取劑純度可達(dá)99.99%(w%)以上。最終對(duì)三種流程的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了計(jì)算對(duì)比,發(fā)現(xiàn)對(duì)于能耗的情況,共沸精餾要比傳統(tǒng)的萃取精餾流程有著明顯的優(yōu)勢(shì),傳統(tǒng)萃取精餾在蒸汽的每年的投資費(fèi)用要比共沸精餾多5.65百萬美元;傳統(tǒng)萃取精餾流程在設(shè)備投資方面也要高出1.50百萬美元左右。新流程每年的操作費(fèi)用比共沸精餾流程節(jié)省5.38百萬美元,差不多每年節(jié)省了原流程50.90%的操作費(fèi)用;相比于傳統(tǒng)的萃取精餾過程節(jié)省11.02百萬美元,差不多每年節(jié)省了原流程68.02%的操作費(fèi)用。在TAC方面,新流程比共沸精餾節(jié)省了5.16百萬美元,約47.77%;新流程比傳統(tǒng)萃取精餾節(jié)省了10.95百萬美元,約65.99%,效益顯著。
【學(xué)位單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ028;TQ223.124
【文章目錄】：
摘要
abstract
1 綜述
    1.1 背景
    1.2 特殊精餾技術(shù)概述
        1.2.1 共沸精餾
        1.2.2 變壓精餾
        1.2.3 萃取精餾
    1.3 萃取精餾節(jié)能概述
        1.3.1 熱集成萃取精餾技術(shù)
        1.3.2 熱耦合萃取精餾技術(shù)
        1.3.3 萃取精餾隔壁塔技術(shù)
    1.4 丁醇脫水研究現(xiàn)狀
    1.5 正丁醇-異丁醇-水體系
        1.5.1 正丁醇-異丁醇-水物性
2 開發(fā)平臺(tái)
    2.1 模擬平臺(tái)ASPENPLUS簡(jiǎn)介及模擬步驟
    2.2 單元操作模型選擇
        2.2.1 單元操作模型
    2.3 分離流程中單元操作模型的選擇
    2.4 熱力學(xué)模型
        2.4.1 汽液平衡
        2.4.2 狀態(tài)方程法
        2.4.3 活度系數(shù)法
        2.4.4 模擬過程中物性模型的選取
        2.4.5 UNIQUAC熱力學(xué)模型
3 傳統(tǒng)工藝流程模擬
    3.1 前言
    3.2 兩種傳統(tǒng)工藝
        3.2.1 共沸精餾工藝
        3.2.2 萃取精餾工藝
4 節(jié)能型流程的開發(fā)與評(píng)價(jià)
    4.0 現(xiàn)有流程的問題
    4.1 思路闡述
        4.1.1 新工藝流程簡(jiǎn)介
        4.1.2 操作壓力
    4.2 流程優(yōu)化
        4.2.1 汽提塔模擬
            4.2.1.1 模型建立
        4.2.2 萃取精餾過程模擬優(yōu)化
    4.3 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)
        4.3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)
        4.3.2 TAC優(yōu)化驗(yàn)證
        4.3.3 結(jié)果與討論
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
附錄
致謝
攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2891727