超临界乙烯水合萃取及其数学模型的研究

发布时间：2020-10-26 21:39

　　 超临界乙烯水合萃取技术是由水合物分离技术和超临界乙烯流体萃取技术藕合而成的一门新型的水溶液分离技术,其理论基础是水合物生成动力学理论和超临界流体萃取理论。目前国内外学者对于这两方面的研究较多,但是对于近临界或超临界条件下水合物生成的动力学行为及水合物生成对流体萃取过程的影响机制等研究报道甚少。论文在本实验室前期研究工作的基础上,着重对超临界乙烯水合萃取的理论基础和数学模型进行了深入研究。 本论文设计了超临界乙烯条件下不同浓度甲醇溶液的乙烯水合物生成动力学实验,该实验同时也是超临界乙烯水合萃取实验。 论文考察了超临界乙烯条件下乙烯水合物生成动力学行为,乙烯水合物生成动力学P-t曲线在开始阶段出现了先下降后突升的现象,而T-t曲线多次较大幅度地上下振荡,二次成核现象频繁出现。 论文考察了超临界乙烯条件下,压力、温度和甲醇溶液对乙烯水合物生成的影响,压力的升高、温度的降低均促进了水合物的生长。甲醇是热力学抑制剂,实验发现甲醇水溶液高于一定浓度(＞10wt%)时,水合物生成出现明显的抑制现象。 论文考察了伴随着水合物的生成,超临界乙烯条件下的压力、温度和萃取时间对甲醇萃取率的影响。超临界乙烯条件下,伴随着水合物的生成,一定压力、温度范围内,甲醇萃取率的变化是压力、温度对超临界乙烯流体的密度和甲醇传质性能两方面作用的结果。萃取时间对萃取过程有一定的影响,传质速率的大小能直接在萃取时间的长短上得到体现。 论文考察了水合物生成过程与超临界乙烯流体萃取过程的相互影响。超临界乙烯条件下,液相中的水合物晶体不断地生成,使得甲醇水溶液浓度增大,促进了甲醇萃取,同时生成的水合物固体逐渐覆盖气液两相界面,对溶质传质产生阻碍作用,又对甲醇萃取起到“负面”效果。萃取过程对水合物生成过程的影响主要体现在压力与温度对水合物生成的影响,在较高的压力和较低的温度条件下,水合物生成速率较快,生成量较大,溶液温度变化范围较大,乙烯水合物二次成核现象明显。 论文建立了超临界乙烯条件下乙烯水合物生成动力学模型和超临界乙烯流体萃取数学模型,并对两个模型进行了藕合和验证,计算数据与实验数据相差较大,仍需进一步完善。
【学位单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2008
【中图分类】：P744.4
【部分图文】：

图2一超临界乙烯水合萃取分析取样装置流程示意图Fig.2一2SamPlingdevieeofsuPereritieal勿dratedethyleneext找‘tionaPParatUs本实验所用萃取溶剂为超临界乙烯，在超临界状态下压力的微小变化都会引起乙烯密度的巨大改变，其结果必将导致萃取平衡发生变化，对此诸多文献中都有过简单

气体}长缩机过滤器二一绷赫砒lse力11州{{气、瓶图2一1水合物生成动力学及萃取实验装置流程示意图Fig.2一 1Hydn戒 eformationkineticsandsuP眠 riticalhydratede州叭蛇 tionaPP印ratus2.2.2分析取样装置磁力搅拌器热电偶气休质最流最训压力传感器甲气瞥日气体回瓶收..，!一气体入口集液管硅胶高压釜高压泵1一.一。l图2一超临界乙烯水合萃取分析取样装置流程示意图Fig.2一 2SamPlingdevieeofsuPereritieal勿 dratedethyleneext找‘ tionaPParatUs本实验所用萃取溶剂为超临界乙烯，在超临界状态下压力的微小变化都会引起乙烯密度的巨大改变，其结果必将导致萃取平衡发生变化，对此诸多文献中都有过简单的讨论。他们主要采取两种方法来减小压降:1)通过连在高压釜上的稳压阀用溶剂钢瓶来提供新鲜溶剂以保持釜内压力恒定;2)采用体积可变的萃取釜，在取样时用压力泵迫使萃取釜体积发生改变，从而实现恒压的目的。前一种方法引入新鲜溶剂同样会导致相平衡的巨大破坏，而后一种方法则是对高压釜结构和气密性的巨大挑战，实现的难度较大。受willson等[67l的启发，我们采用了如下的方法来维持取样时釜内压力的恒定:

使得溶解与水合物的生长直接过渡，无法区分溶解阶段、成核阶段和生长阶段。从图3一1一图3一4的T-t曲线可见，初始阶段，甲醇水溶液温度随着乙烯快速溶解升高，而后温度不断下降升高，反复上下振荡变化，最后为下降趋势。实验开始阶段，超临界乙烯溶解，反应釜压力快速下降，并释放大量热量，甲醇水溶液温度升高。随着压力的降低，水合物生长速率变慢，放热速率减小，在恒温槽持续冷却作用下，温度也缓慢回落。晶核的大量形成是放热过程，整个反应过程中，甲醇水溶液温度反复上下振荡变化，这就表明在超临界乙烯条件下水合物生成过程中二次成核现象频繁出现，生成大量的水合物晶体，导致温度升高，但恒温槽持续冷却作用下
【参考文献】

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本文编号：2857548