论文题目: 采用无机盐分离恒沸有机水溶液体系的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 化学工程
作者: 许文友
导师: 袁希钢
关键词: 加盐分相法,分离,恒沸有机水溶液体系,液液相平衡,理论,方程,方程,方程,理论计算
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 无机盐作盐析剂分离恒沸有机水溶液体系是一种行之有效的分离方法,有重要的工业应用背景。该方法基于盐析效应的原理,将无机盐加入到恒沸有机水溶液体系中时,由于无机盐的盐析效应,使得有机物在水中的溶解度减少,以致于形成有机物富集相和盐水富集相。当水相中盐浓度较高时形成的有机物富集相中含有少量水和极少量盐、盐水富集相中含有极少量的有机物,使大部分水在盐水相中脱去,得到较高的分离因子。目前,采用无机盐作盐析剂分离恒沸有机水溶液体系的相平衡数据较为缺乏,给采用无机盐分离恒沸有机水溶液体系的研究和开发工作带来很多困难。因此,进行有机物-水-无机盐体系液-液相平衡的研究工作具有较高的学术价值和实用价值。本文采用氟化钾和碳酸钾作盐析剂,以乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇、叔丁醇、丙烯腈、丁酮、四氢呋喃、吡啶水溶液体系为研究对象,主要完成了如下四方面的工作:1.盐析剂的选择:通过比较文献及实验测定的乙醇-水-无机盐体系的两相组成,选择出对乙醇-水体系分离效果好的盐析剂。在已知的能与水形成恒沸体系的有机物中乙醇的极性是最强的,因此,对乙醇-水体系分离效果好的盐析剂,一般也对其它有机物-水体系具有较好的分离效果。2.有机物-水-无机盐体系液-液相平衡数据的测定:系统测定了乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇、叔丁醇、丙烯腈、丁酮、四氢呋喃、吡啶水溶液分别与氟化钾和碳酸钾形成的有机物-水-无机盐体系的液-液相平衡数据,为采用无机盐分离恒沸有机水溶液体系的工艺设计提供了基础数据。3.有机物-水-无机盐体系液-液相平衡的数学模型研究:采用Pitzer的电解质溶液理论分别与Wilson、NRTL或UNIQUAC方程相结合建立了计算乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇、叔丁醇、丙烯腈、丁酮、四氢呋喃、吡啶水溶液分别与氟化钾和碳酸钾形成的有机物-水-无机盐体系液-液相平衡的数学模型,为采用无机盐分离恒沸有机水溶液体系提供了理论依据和计算依据。4.工业应用研究:以吡啶废水的治理和乙醇-丙酮-正丁醇-水体系的分离为例,论证了采用易于回收及循环使用的浓盐水为盐析剂分离恒沸有机水溶液体系的可行性,确定了采用浓盐水治理吡啶废水、分离乙醇-丙酮-正丁醇-水体系的操作条件,并将该研究结果应用于吡啶废水的治理及乙醇-丙酮-正丁醇-水体系的分离。
论文目录:
前言
第一章 文献综述
1.1 引言
1.2 恒沸有机水溶液体系的分离方法
1.2.1 恒沸精馏
1.2.1.1 双组分非均相恒沸物的分离
1.2.1.2 塔顶产品为双组分恒沸物的分离
1.2.1.3 塔顶产品为三组分恒沸物的分离
1.2.1.4 非均相间歇恒沸精馏
1.2.2 萃取精馏
1.2.3 盐效应精馏
1.2.4 加盐萃取精馏
1.2.5 加盐反应萃取精馏
1.2.6 加盐萃取-恒沸精馏联合过程
1.2.7 吸附蒸馏
1.2.8 膜分离法
1.2.8.1 渗透汽化法制备无水乙醇
1.2.8.2 蒸汽渗透法制备无水乙醇
1.2.9 加盐分相法
1.3 小结
第二章 采用无机盐分离恒沸有机水溶液体系的实验研究
2.1 引言
2.2 盐效应对溶剂性质及溶液结构的影响
2.2.1 盐效应对纯溶剂沸点、饱和蒸汽压的影响
2.2.2 盐效应对溶液结构的影响
2.3 盐效应微观机理-液相溶液理论
2.3.1 水合作用理论
2.3.2 静电理论
2.3.3 范得华力理论
2.3.3.1 物理作用
2.3.3.2 氢键与络合作用
2.3.4 内压力理论
2.4 选择盐的方法
2.5 盐析剂的选择
2.6 实验研究
2.6.1 实验方法
2.6.2 温度对液-液相平衡的影响
2.6.3 液-液相平衡数据的实验测定
2.7 小结与讨论
第三章 采用无机盐分离恒沸有机水溶液体系的数学模型研究
3.1 引言
3.1.1 经验模型
3.1.2 经典电解质溶液理论模型
3.1.3 近代统计力学理论模型
3.1.4 分子模拟模型
3.2 现有的盐效应液-液相平衡数学模型
3.2.1 二元溶液含盐后的液液平衡
3.2.2 第一类液液平衡盐效应模型-分配系数增殖倍数模型
3.2.3 基于电解质NRTL方程(MNRTL)的第二类液液平衡盐效应模型
3.2.4 两种液-液平衡盐效模型的比较
3.3 新模型的建立
3.3.1 水相
3.3.2 有机相
3.3.3 有机物-水-盐体系液-液相平衡的理论计算
3.4 小结
第四章 采用无机盐分离恒沸有机水溶液体系的工业应用研究
4.1 采用无机盐治理吡啶废水的研究
4.1.1 引言
4.1.2 实验
4.1.2.1 制药废液的精馏实验
4.1.2.2 吡啶-水-氟化钾或碳酸钾体系液-液相平衡数据测定
4.1.2.3 吡啶-水-氟化钾或碳酸钾体系液-液相平衡理论计算
4.1.3 采用氟化钾或碳酸钾水溶液分离吡啶-水体系
4.1.3.1 采用氟化钾水溶液分离吡啶-水体系的工艺条件
4.1.3.2 采用碳酸钾水溶液分离吡啶-水体系的工艺条件
4.1.4 氟化钾及碳酸钾水溶液沸点的测定
4.1.5 新流程的建立
4.1.6 流程模拟计算
4.2 采用无机盐分离乙醇-丙酮-正丁醇-水体系的研究
4.2.1 引言
4.2.2 乙醇-丙酮-正丁醇-水-无机盐体系液-液相平衡数据的测定
4.2.3 采用氟化钾或碳酸钾水溶液分离乙醇-丙酮-正丁醇-水体系
4.2.3.1 采用氟化钾水溶液分离乙醇-丙酮-正丁醇-水体系工艺条件
4.2.3.2 采用碳酸钾水溶液分离乙醇-丙酮-正丁醇-水体系工艺条件
4.2.4 新流程建立
4.2.5 流程模拟计算
4.3 小结与讨论
第五章 结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文
附录 A Pitzer 与 Wilson 方程相结合计算程序
附录 B Pitzer 与 NRTL 方程相结合计算程序
附录 C Pitzer 与 UNIQUAC 方程相结合计算程序
附录 D 恒沸有机水溶液体系的物性数据
符号表
致谢
发布时间: 2006-05-24
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