含环己酮物系的相平衡及分离工艺研究

发布时间：2020-04-06 05:27

【摘要】：邻苯基苯酚(OPP)是一种常用的有机原料,可广泛的用于合成杀菌剂、塑料热稳定剂和表面活性剂。二聚酮作为制备OPP的重要中间体,可通过环己酮自缩合反应得到。在以A12O3为催化剂的环己酮自缩合反应中,会产生大量A12O3固体废弃物,其中废弃物中含有环己酮等有机组分。为实现A12O3废弃物的有效利用,需选择不同的有机溶剂(乙醇/正丙醇/异丙醇/苯/甲苯/对二甲苯)溶解环己酮等有机组分,过滤得到A12O3,过滤后得到的母液主要由有机溶剂、环己酮及少量的二聚酮组成,对此母液进行精馏可实现环己酮和有机溶剂的回收利用。精馏分离环己酮和有机溶剂需要含环己酮物系的汽液相平衡数据,然而未有文献对常压下含环己酮物系的汽液相平衡数据进行报道。本文采用汽液平衡釜测定了 101.3 kPa下,环己酮+(乙醇/正丙醇/异丙醇/苯/甲苯/对二甲苯)六组体系的汽液相平衡数据。选用Herington,van Ness和纯组分一致性校验法对实验数据的热力学一致性进行了校验,选用NRTL、UNIQUAC和Wilson三个活度系数模型对实验数据进行关联计算,并回归得到各模型的二元交互作用参数。模型关联值与实验值进行对比,各物系选用三个模型计算值和实验值间的RMSD(T)均小于 0.19 K,AAD(T)均小于 0.16 K,RMSD(y)均小于 0.0058,AAD(y)均小于 0.0033,表明各活度系数模型关联结果和实验值吻合较好。同时,选用UNIFAC模型对常压下以上六组体系的汽液相平衡数据进行预测,并与实验值进行比较,各物系UNIFAC预测值和实验值间的RMSD(T)均小于0.22 K、AAD(T)均小于0.19 K,RMSD(y)均小于0.0055,AAD(y)均小于0.0041,表明六组实验体系的汽液相平衡数据可用UNIFAC模型预测。另外,计算了六组物系的相对挥发度,环己酮和乙醇物系的相对挥发度值高于其他五组体系,表明乙醇和环己酮最易实现分离,以此确定乙醇为溶解A1203中环己酮的最佳溶剂,以实现催化剂A1203的循环利用。在测定的汽液相平衡数据和关联得到的物系模型交互作用参数基础上,采用Aspen Plus软件,选择NRTL的物性方法,对环己酮和质量分数为80%的乙醇物系的精馏分离过程进行初步设计。以年度总费用TAC为目标方程对精馏过程的塔板数、回流比、进料位置等进行优化,确定最佳工艺参数,得到质量分数为0.999的环己酮和质量分数为0.95的乙醇,在最佳工艺参数下TAC为9.77×105 ＄/年。在稳态模拟基础上,对环己酮和乙醇分离工艺进行动态控制。根据Luyben斜率判据法对塔板温度进行分析,确定精馏塔T1和T2的温度灵敏板。采用基础动态控制结构、固定回流比的控制结构和带有QR/F+R/F的比例控制结构,在精馏操作稳定后,施加进料流量±20%的扰动,并进行动态响应分析。采用固定回流比的控制结构相比于基础动态控制结构,产品恢复稳态时间减少、产品纯度提高,但产品纯度与初始设定值具有一定偏差。在固定回流比基础上的带有QR/F+R/F的比例控制结构可实现对整个精馏工艺的稳健控制。
【图文】：

标准曲线,汽液相平衡,丙醇,乙醇

图２．２逦１０１．３邋ｋＰａ下，乙醇（１）＋稀丙醇（２）汽液相平衡实验值与文献值对比逡逑Ｆｉｇ邋２．２邋Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ａｎｄ邋ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ邋ＶＬＥ邋ｄａｔａ邋ｆｏｒ邋ｅｔｈａｎｏｌ邋（ｌ）＋ａｌｌｙｌ邋ａｌｃｏｈｏｌ邋（２）邋ａｔ邋１０１．３邋ｋＰａ．逡逑由图２．２可知，常压下，乙醇和烯丙醇体系的汽液相平衡实验值与文献值吻逡逑合较好，由此可以得出结论，乙醇＋烯丙醇体系的汽液平衡数据是可靠的，，因此逡逑确定实验装置的可靠性。逡逑２．４含环己酮二元体系的汽液相平衡实验结果及关联计算逡逑２．４．１折射率一组成标准曲线逡逑常压下使用阿贝折射仪测定３０４．１５邋Ｋ下

己酮,组成关系,有机溶剂,折射率

Ａ＊ｉ逡逑（ｆ）环己酮（１）邋＋对二甲苯（２）逡逑图２．３邋３０４．１５邋Ｋ下环己酮（１）邋＋有机溶剂（２）折射率－组成关系逡逑ｉｇ．邋２．３邋ｎ－ｘ＼邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｏｎｅ邋（１）邋＋邋ｏｒｇａｎｉｃ邋ｓｏｌｖｅｎｔ邋（２）邋ｓｙｓｔｅｍ邋ａｔ邋３０４．１５邋表２．５六组二元体系标准曲线拟合方程逡逑Ｔａｂｌｅ邋２．５邋Ｔｈｅ邋ｆｉｔｔｉｎｇ邋ｑｕｅｓｔｉｏｎｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｔａｎｄａｒｄ邋ｃｕｒｖｅ邋ｆｏｒ邋ｔｈｅ邋ｓｉｘ邋ｂｉｎａｒｙ邋ｓｙｓｔｅｍｓ逡逑＼ｍ逦拟合方程式逦ｒ２逡逑酮邋＋邋乙醇逦《＝逦１．３５６７＋邋０．１６１７ｘ－０＿１０８１ｘ２邋＋邋０．０３５８ｘ３逦０．９９９酮邋＋邋正丙醇逦《＝逦１．３８０９逦＋邋０．０９２０ｘ邋－邋０．０３４０ｘ２邋＋邋０．００８０ｘ３逦０．９９９酮＋邋异丙醇逦１．３７１４＋邋０．１００８；ｃ－０．０３５６ｘ２邋＋邋０．００９４；ｃ３逦０．９９９酮邋＋邋苯逦《邋＝逦１．４９３邋］逦－邋０．０５５７Ｘ邋＋邋０．００９０ｘ２邋－邋０．０００７Ｘ３逦０．９９９酮邋＋邋甲苯逦１．４８９９－０．０４１６ｘ－０．００４８ｘ２邋＋邋０．００２０ｘ３逦０．９９９－－２３
【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O642.42;TQ028.13;TQ234.21

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