本文關(guān)鍵詞：三種芳酸有機物固液相平衡的研究及PVA生產(chǎn)中回收工段的模擬與優(yōu)化

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【摘要】：本文主要開展了三種芳酸有機物固-液相平衡的實驗研究以及聚乙烯醇(PVA)生產(chǎn)中回收工段的模擬與優(yōu)化兩個方面的內(nèi)容。芳酸有機物是一類極為重要的化工原料及醫(yī)藥中間體材料,廣泛應(yīng)用在了醫(yī)藥加工、染料生產(chǎn)、食品加工、殺菌劑及香料制備等領(lǐng)域。本文以對羥基苯甲酸,2,4-二羥基苯甲酸,對氨基水楊酸三種芳酸類固體有機物為研究對象,通過靜態(tài)分析法分別測定了對羥基苯甲酸在10種純?nèi)軇┲械娜芙舛?2,4-二羥基苯甲酸在9種純?nèi)軇┖?乙醇十醋酸甲酯)混合溶劑中的溶解度,以及對氨基水楊酸在9種純?nèi)軇┖?乙醇+苯)混合溶劑中的溶解度,分別繪制二元、三元體系的溶解度曲線,分析其溶解規(guī)律,并對混合溶劑的共溶效應(yīng)以及溶解過程熱力學進行了相關(guān)的分析與討論。本文分別采用了三種簡化方程模型(Van't Hoff模型、Apelblat模型、λh模型)和三種活度系數(shù)模型(NRTL模型、Wilson模型、UNIQUAC模型)對目標溶質(zhì)在純?nèi)軇┲械娜芙舛冗M行了關(guān)聯(lián)擬合與模型參數(shù)計算,對目標溶質(zhì)在混合溶劑中的溶解度分別采用Apelblat模型、Van't Hoff模型和改進的Jouyban-Acree模型進行關(guān)聯(lián)擬合與參數(shù)計算。由回歸偏差可知,三種固體有機物在純?nèi)軇┲械娜芙舛染肁pelblat模型擬合最佳,擬合偏差分別為：0.60%,0.29%和1.34%。在混合溶劑中,2,4-二羥基苯甲酸在乙醇+醋酸甲酯中的溶解度用Apelblat模型擬合偏差最小,對氨基水楊酸在乙醇+苯中的溶解度用Van't Hoff方程模型擬合效果較佳,二者偏差分別為0.45%和1.19%。針對固-液相平衡數(shù)據(jù)模型化關(guān)聯(lián)過程中計算復(fù)雜、運算量大、計算步驟重復(fù)性強的特征,本文對三種活度系數(shù)模型(NRTL模型、Wilson模型、UNIQUAC模型)進行了Matlab計算程序設(shè)計,提出了可用于相平衡模型回歸、參數(shù)計算的函數(shù)原文件。此外,本課題進一步探究了基于基團貢獻思想的UNIFAC模型對本文所選芳酸類固體物系的擬合預(yù)測能力,分別運用公式法及VB編程法完成了前文所涉及到的乙醇+苯混合溶劑的活度系數(shù)γ的計算,提供了詳細的計算方法及步驟,以及相應(yīng)的計算機程序代碼,為今后混合溶劑活度系數(shù)的求解及UNIFAC模型在固-液相平衡領(lǐng)域的應(yīng)用帶來了方便。本文另一個研究內(nèi)容為PVA回收工段的模擬與優(yōu)化。PVA是一種性能優(yōu)良、用途極廣的聚合物材料,其回收工段的主要目的是對上游醇解工段產(chǎn)生的富含醋酸甲酯(MeOAC)、甲醇(MeOH)等化工原料的醇解廢液進行回收處理,原過程能耗極高。本文采用Aspen Plus化工流程模擬軟件對10萬t·a-1 PVA回收工段中MeOAC與MeOH的分離提純過程進行模擬優(yōu)化及方案設(shè)計,達到了節(jié)能降耗的生產(chǎn)目標。根據(jù)醇解廢液分離流程,本文針對MeOH-H2O體系以及MeOAc-MeOH-H2O體系分別進行了熱力學方法的選擇,用回歸參數(shù)修正后的NRTL模型對回收工段的TQ-601、TQ-602、TQ-603及TQ-604精餾塔進行了模擬與優(yōu)化。優(yōu)化后各塔最佳操作參數(shù)如下：理論板數(shù)N分別為29、15、25、21塊,回流比R分別為1.90、0.10、2.05、0.70,進料位置NF分別為第7、5、20、8/18塊理論板,餾出量D分別為23290、19240、4936、56500 kg·h-1。為實現(xiàn)深度節(jié)能,本文在單塔模擬基礎(chǔ)上,將多效精餾技術(shù)應(yīng)用于PVA回收工段,將回收四塔塔釜流出作為回收三塔進料,同時提升回收三塔塔壓至4.5 atm(表壓),選擇塔頂氣相采出甲醇,并依次用做回收四塔及回收一塔塔釜熱源,實現(xiàn)三塔共用同一熱源,構(gòu)造了雙效精餾、多塔供熱流程。相比改造前,節(jié)約能耗34.85%,減少冷卻水用量27.17%,節(jié)能效果顯著。因改造后工藝中TQ-603塔釜排量增大,廢水中所含醋酸鈉及甲醇含量較低,本文設(shè)計了廢水閃蒸流程對該股物流的熱量進行回收,閃蒸剩余液可直接作為回收二塔萃取水,從而在節(jié)能的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了水資源的高效利用,每年可帶來經(jīng)濟效益約478萬元。
【關(guān)鍵詞】：芳酸有機物 固-液相平衡 PVA 回收工段 模擬與優(yōu)化
【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ245;TQ325.9
【目錄】：

• 學位論文數(shù)據(jù)集3-4
• 摘要4-7
• ABSTRACT7-19
• 符號說明19-21
• 第一部分 三種芳酸有機物固-液相平衡的研究21-141
• 第一章 文獻綜述21-39
• 1.1 三種芳酸有機物的發(fā)展現(xiàn)狀21-25
• 1.1.1 對羥基苯甲酸22
• 1.1.2 2,4-二羥基苯甲酸22-24
• 1.1.3 對氨基水楊酸24-25
• 1.2 溶解度測定方法25-28
• 1.2.1 靜態(tài)分析法25-26
• 1.2.2 動態(tài)測量法26-27
• 1.2.3 熱分析法測量27-28
• 1.3 溶解度模型28-36
• 1.3.1 活度系數(shù)方程30-34
• 1.3.2 半經(jīng)驗/理論方程34
• 1.3.3 狀態(tài)方程34-35
• 1.3.4 混合溶劑方程35
• 1.3.5 其他方程35-36
• 1.4 本課題研究內(nèi)容與意義36-39
• 1.4.1 本課題研究意義36-37
• 1.4.2 本課題研究內(nèi)容37-39
• 第二章 實驗部分39-49
• 2.1 實驗?zāi)康?/span>39
• 2.2 實驗方案39-43
• 2.2.1 實驗方法39
• 2.2.2 實驗試劑39-40
• 2.2.3 實驗裝置40-41
• 2.2.4 實驗步驟41-42
• 2.2.5 裝置和方法的可靠性檢驗42-43
• 2.3 溶質(zhì)表征實驗43-49
• 2.3.1 溶質(zhì)DSC表征44-46
• 2.3.2 溶質(zhì)XRD表征46-49
• 第三章 實驗結(jié)果與分析49-69
• 3.1 溶解度的定義49
• 3.2 純?nèi)軇w系溶解度分析49-55
• 3.2.1 純?nèi)軇┲袑αu基苯甲酸溶解度的測定49-51
• 3.2.2 純?nèi)軇┲?,4-二羥基苯甲酸溶解度的測定51-53
• 3.2.3 純?nèi)軇┲袑Π被畻钏崛芙舛鹊臏y定53-55
• 3.3 混合溶劑體系溶解度分析55-58
• 3.3.1 混合溶劑中2,4-二羥基苯甲酸溶解度的測定56
• 3.2.2 混合溶劑中對氨基水楊酸溶解度的測定56-58
• 3.4 溶質(zhì)在混合溶劑中的共溶效應(yīng)分析58-61
• 3.4.1 2,4-二羥基苯甲酸在混合溶劑中的共溶效應(yīng)58-60
• 3.4.2 對氨基水楊酸在混合溶劑中的共溶效應(yīng)60-61
• 3.5 溶解熱力學分析61-67
• 3.5.1 對羥基苯甲酸在純?nèi)軇┲械臒崃W分析62-64
• 3.5.2 2,4-二羥基苯甲酸在純?nèi)軇┲械臒崃W分析64
• 3.5.3 對氨基水楊酸在純?nèi)軇┲械臒崃W分析64-65
• 3.5.4 2,4-二羥基苯甲酸在混合溶劑中的熱力學分析65-66
• 3.5.5 對氨基水楊酸在混合溶劑中的熱力學分析66-67
• 3.6 本章小結(jié)67-69
• 第四章 相平衡數(shù)據(jù)的模型化關(guān)聯(lián)69-111
• 4.1 目標函數(shù)與偏差69-70
• 4.2 關(guān)聯(lián)模型擬合和模型參數(shù)的計算70-105
• 4.2.1 Apelblat方程70-77
• 4.2.2 λh方程77-81
• 4.2.3 Van't Hoff方程81-88
• 4.2.4 Willson方程88-92
• 4.2.5 NRTL方程92-97
• 4.2.6 UNIQUAC方程97-103
• 4.2.7 改進的Jouyban-Acree方程103-105
• 4.3 關(guān)聯(lián)模型的比較與選擇105-109
• 4.3.1 對羥基苯甲酸溶解體系106
• 4.3.2 2,4-二羥基苯甲酸溶解體系106-108
• 4.3.3 對氨基水楊酸溶解體系108-109
• 4.4 本章小結(jié)109-111
• 第五章 計算機編程在相平衡數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用研究111-131
• 5.1 Matlab在相平衡研究中的應(yīng)用111-117
• 5.1.1 Wilson模型的計算流程與求解程序設(shè)計112-114
• 5.1.2 NRTL模型的計算流程與求解程序設(shè)計114-116
• 5.1.3 UNIQUAC模型的計算流程與求解程序設(shè)計116-117
• 5.2 VB程序設(shè)計在UNIFAC模型計算中的應(yīng)用117-129
• 5.2.1 UNIFAC模型的計算方法及求解思路118-120
• 5.2.2 公式法求解乙醇+苯混合溶劑體系的活度系數(shù)120-124
• 5.2.3 活度系數(shù)求解的VB程序設(shè)計124-129
• 5.3 本章小結(jié)129-131
• 第六章 結(jié)論131-135
• 6.1 本課題主要結(jié)論131-132
• 6.2 對下一步工作的建議132-135
• 參考文獻135-141
• 第二部分 PVA生產(chǎn)中回收工段的模擬與優(yōu)化141-203
• 第七章 文獻綜述141-155
• 7.1 課題的選擇141
• 7.2 化工過程模擬技術(shù)141-144
• 7.2.1 化工過程模擬技術(shù)的發(fā)展142-143
• 7.2.2 Aspen Plus軟件簡介143
• 7.2.3 流程模擬計算的步驟與方法143-144
• 7.3 精餾塔模擬優(yōu)化的基本概念與思想144-148
• 7.3.1 精餾塔模擬優(yōu)化的基本前提與目標144-145
• 7.3.2 精餾塔可優(yōu)化變量分析145-146
• 7.3.3 理想平衡級概念與計算模型146-148
• 7.4 物性方法及模型選擇148-150
• 7.5 精餾工藝優(yōu)化及典型節(jié)能減排技術(shù)150-152
• 7.6 PVA生產(chǎn)中回收工段的研究進展152-154
• 7.7 課題研究的意義與內(nèi)容154-155
• 第八章 回收工段的模擬與優(yōu)化155-197
• 8.1 模擬物系熱力學方法的選擇與回歸155-161
• 8.1.1 MeOH-H_2O物系155-159
• 8.1.2 MeOAc-MeOH-H2O物系159-161
• 8.2 回收工段原工藝流程161-162
• 8.3 精餾分離過程的單塔模擬與優(yōu)化162-181
• 8.3.1 回收一塔的模擬與優(yōu)化162-168
• 8.3.2 回收二塔的模擬與優(yōu)化168-172
• 8.3.3 回收三塔的模擬與優(yōu)化172-176
• 8.3.4 回收四塔的模擬與優(yōu)化176-181
• 8.4 加壓雙效精餾節(jié)能工藝的研究181-191
• 8.4.1 優(yōu)化工藝流程的確定182-183
• 8.4.2 甲醇精餾雙塔的模擬與優(yōu)化183-190
• 8.4.3 操作條件與能耗比較190-191
• 8.5 高溫廢水的閃蒸回收191-194
• 8.6 小結(jié)194-197
• 第九章 結(jié)論197-199
• 參考文獻199-203
• 研究成果及發(fā)表的學術(shù)論文203-205
• 作者和導師介紹205-207
• 致謝207-208
• 附件208-209

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本文編號：551208