本文關(guān)鍵詞：以PX為溶劑中空纖維膜萃取凈化PTA廢水的研究　出處：《浙江大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：精對苯二甲酸(PTA)是一種大宗化工原料,其生產(chǎn)過程的加氫精制工序排放大量有機廢水。PTA廢水中主要雜質(zhì)是對甲基苯甲酸(PT酸)屬于低毒物質(zhì),因此廢水需要凈化處理后才能達標排放。現(xiàn)有的PTA廢水處理方法主要是生化降解法,占地大,成本高,同時無法回收有價值的芳香羧酸和廢水,因此開發(fā)經(jīng)濟高效的PTA廢水處理方法具有重要意義。采用對二甲苯(PX)作為萃取劑凈化PTA廢水中的PT酸是一種有效的方法,萃取后富含PT酸的PX可以直接返回PTA氧化單元反應(yīng)而無需后續(xù)分離。傳統(tǒng)萃取設(shè)備易產(chǎn)生溶劑乳化現(xiàn)象,而采用中空纖維膜萃取可以避免溶劑乳化跑損。目前還沒有以PX為溶劑采用中空纖維膜萃取PTA廢水的研究報道,因此有必要對該過程進行系統(tǒng)的研究和開發(fā)。本文以PX為萃取劑,采用中空纖維膜萃取方法來凈化處理PTA廢水,針對該過程開展了系統(tǒng)的化學工程研究,內(nèi)容包含以下方面。1.測試了 PT酸在PX-水兩相體系中的熱力學平衡數(shù)據(jù),PX萃取PT酸的摩爾分數(shù)分配系數(shù)為16-89。采用非隨機雙液活度系數(shù)模型對熱力學數(shù)據(jù)進行了回歸,相對誤差小于8%。計算了 PT酸在PX/水溶液中的擴散系數(shù)。2.采用線型聚丙烯中空纖維膜實驗研究了萃取PTA廢水的可行性。當萃取時間50-60 s時可以將PTA廢水中的PT酸濃度降至100 gm~(-3)以下,達到廢水回收利用標準。膜萃取時,水油兩相最大壓降比擊穿壓小兩個數(shù)量級,運行100h膜組件傳質(zhì)效率僅降低0.6%,說明中空纖維膜萃取的長期運行較穩(wěn)定。數(shù)學模擬表明,膜萃取的速率控制步驟是管程水相中PT酸的擴散,合理的工業(yè)膜萃取條件為:萃取時間50-60 s,膜纖維長度1.0 m,水油比為9.0,溫度318 K,膜纖維內(nèi)徑200-250 μm,空隙率/彎曲因子之比為0.20。3.采用螺旋型中空纖維膜強化管程的傳質(zhì)速率。實驗證實了螺旋型膜萃取的傳質(zhì)速率是相同操作條件下線型膜萃取的約兩倍。建立了螺旋坐標系下的傳質(zhì)模型,實驗和數(shù)學模擬給出的優(yōu)化螺旋型中空纖維膜萃取條件為:萃取時間26-30 s,膜纖維長度1.0m,膜纖維內(nèi)半徑200 μm,曲率半徑3.0 mm,螺距4.5 mm,萃取溫度318 K。4.設(shè)計了一種新型方形中空纖維膜組件以避免殼程流體短路現(xiàn)象。對方形中空纖維膜組件建立了邊界元計算模型,采用新穎的邊界元簡捷算法解決了大數(shù)量膜纖維的管程與殼程傳質(zhì)耦合計算的效率難題。結(jié)果表明:方形中空纖維膜組件水相萃取時間50 s,膜纖維總長度1.0 m,可以將PTA廢水中的PT酸濃度降至100 gm~(-3)以下,但水/油比從理想逆流圓柱形膜組件的9.0降至7.5。最后,針對PTA廢水中除PT酸之外其它雜質(zhì)的去除,提出了相應(yīng)的技術(shù)措施。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：X783;TQ028.8

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