从预处理后的甘油发酵液中精制1,3-丙二醇的实验与模拟研究

发布时间：2017-09-16 22:11

  本文关键词：从预处理后的甘油发酵液中精制1,3-丙二醇的实验与模拟研究

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【摘要】：对于生物发酵生产1,3-丙二醇(PDO)过程中涉及的主要物质：PDO、2,3-丁二醇(2,3-BD)和1,3-二甲氧基-2-丙醇,本文采用改进的Ellis双循环釜,自行设计和搭建了一套测定减压汽液相平衡的装置。首先测定纯组分的沸点并与Antoine方程计算值比较,验证了装置的可靠性；并实验测定了5.5 kPa下2,3-BD+PDO、1,3-二甲氧基-2-丙醇+PDO和1,3-二甲氧基-2-丙醇+2,3-BD三组二元物系的汽液相平衡数据,通过Herington面积法进行热力学一致性检验,检验结果表明实验数据可靠。然后以所测汽液相平衡数据为依据,利用Aspen Plus中的Data Regress功能,分别采用Vilson、NRTL和UNIQUAC模型进行回归,确定相应的二元交互作用参数；通过对比各模型泡点温度和汽相组成的计算值与实验值的偏差,发现NRTL模型计算值与实验值最吻合。最后以某公司提供的预处理甘油发酵液为原料,采用减压间歇精馏方法,进行小试研究,结果表明：PDO质量分数可达到99.7%以上,因此采用该法精制PDO是可行的。基于Aspen Batch Distillation软件,选定NRTL物性方法,输入回归获得的二元交互作用能量参数,以小试间歇精馏工艺参数为依据,对预处理甘油发酵液精制PDO过程进行模拟。模拟结果与实验值基本吻合,验证了Aspen Plus模拟该过程的可靠性。在此基础上,提出采用间壁式精馏塔(简称间壁塔或DWC)提纯预处理甘油发酵液中的PDO：在前人提出的“三塔等效流程”基础上,将DSTWU和RadFrac模块相结合,完成初步设计并为严格计算提供初值；严格计算采用PETLYUK模块,结合Sensitivity Analysis和Design Specs等功能初步优化,并基于Design-Expert软件和Box-Behnken试验设计方法,利用响应曲面法同时对进料位置、侧线出料位置、互连物流V12、L12流量进行优化。模拟结果表明：与传统二塔流程相比,理论板数降为原来的一半,再沸器和冷凝器负荷分别降低15.7%、16.2%,且减少了再沸器和冷凝器的数量,从而节省了设备费用和操作费用,本模拟研究内容可为DWC流程的工艺设计和优化提供参考。
【关键词】：甘油发酵液 1 3-丙二醇 汽液相平衡 间歇精馏 Aspen Plus
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ920.6;TQ223.162
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 前言11-13
• 1.1 研究背景11
• 1.2 研究内容11-12
• 1.3 研究目的与意义12-13
• 第2章 文献综述13-29
• 2.1 1,3-丙二醇概述13-15
• 2.1.1 1,3-丙二醇的物化性质13
• 2.1.2 1,3-丙二醇的应用13-14
• 2.1.3 1,3-丙二醇的合成14-15
• 2.2 汽液相平衡概述15-21
• 2.2.1 汽液相平衡的测定方法16-19
• 2.2.2 汽液相平衡理论19-21
• 2.3 精馏技术21-25
• 2.3.1 间歇精馏21-23
• 2.3.2 热耦精馏23-25
• 2.4 模拟软件概述25-29
• 2.4.1 Aspen Plus的起源与发展25
• 2.4.2 Aspen Plus简介25-26
• 2.4.3 精馏单元操作模块介绍26-27
• 2.4.4 Aspen物性估算方法27
• 2.4.5 稳态模拟和动态模拟27-29
• 第3章 减压条件下二元汽液相平衡研究29-43
• 3.1 实验试剂与仪器29-30
• 3.2 汽液相平衡测定装置与步骤30-31
• 3.2.1 实验装置30-31
• 3.2.2 实验步骤31
• 3.3 分析方法31-35
• 3.3.1 色谱定量分析方法31-32
• 3.3.2 标准曲线的测定32-35
• 3.4 二元体系汽液相平衡数据测定结果35-39
• 3.4.1 纯物质沸点的测定35-36
• 3.4.2 汽液相平衡数据测定36-38
• 3.4.3 T-y-x相图和y-x相图38-39
• 3.5 汽液相平衡数据的热力学一致性检验39-42
• 3.6 本章小结42-43
• 第4章 二元汽液相平衡数据的关联43-56
• 4.1 模型关联43-52
• 4.1.1 Wilson模型关联43-47
• 4.1.2 NRTL模型关联47-50
• 4.1.3 UNIQUAC模型关联50-52
• 4.2 二元汽液相平衡实验值与各模型模拟结果对比52-55
• 4.3 本章小结55-56
• 第5章 预处理甘油发酵液精制1,3-丙二醇的小试研究与模拟验证56-65
• 5.1 实验原理与装置56-58
• 5.1.1 间歇精馏概述56
• 5.1.2 实验装置与方法56-58
• 5.2 实验准备58-59
• 5.2.1 填料塔理论板数的测定58
• 5.2.2 填料塔操作压降的测定58-59
• 5.3 实验方法59-60
• 5.4 结果与讨论60-61
• 5.4.1 一次精馏结果与讨论60-61
• 5.4.2 二次精馏结果与讨论61
• 5.5 间歇精馏模拟验证61-64
• 5.5.1 间歇精馏模拟62-63
• 5.5.2 间歇精馏过程分析63-64
• 5.6 本章小结64-65
• 第6章 间壁塔精制预处理甘油发酵液中1,3-丙二醇的模拟研究65-85
• 6.1 间壁塔适用范围分析65-66
• 6.1.1 间壁塔等效模型及适用场合65-66
• 6.1.2 间壁塔精制1,3-丙二醇可行性分析66
• 6.2 初步设计66-73
• 6.2.1 三塔等效流程66-67
• 6.2.2 理论板数初步优化67-69
• 6.2.3 简捷计算调试69-73
• 6.3 严格模拟与优化73-79
• 6.3.1 严格模拟73-74
• 6.3.2 主塔理论板数的优化74-76
• 6.3.3 塔顶采出速率和侧线采出速率的规定76
• 6.3.4 进、出料位置和互连物流流量的优化76-78
• 6.3.5 主塔回流比的优化78-79
• 6.4 DWC流程与二塔串联流程对比79-84
• 6.4.1 直接序列模拟与优化79-81
• 6.4.2 间接序列模拟与优化81-83
• 6.4.3 DWC序列与传统二塔序列对比83-84
• 6.5 本章小结84-85
• 第7章 结论与建议85-87
• 参考文献87-91
• 致谢91-92
• 攻读硕士学位期间取得的成果92

【参考文献】

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本文编号：865714