循环精馏技术研究进展

在“碳中和”“碳达峰”的战略目标下,过程强化是实现绿色生产的关键技术之一。循环精馏作为一种基于过程强化理论的新型精馏技术,通过采用特定塔内构件和控制方案而改变传统精馏塔内气相和液相的流动方式,实现气液两相分别呈周期性独立运动SPM的操作模式。循环精馏技术理论上可实现塔内液相返混为零,使分离推动力最大化,具有处理能力大、能耗低及分离性能好等优点。相较传统精馏操作,循环精馏技术可使单板效率提高到140%~300%,能耗降低20%~30%。本文针对循环精馏技术的研究背景、工作原理、工业应用、两种专用塔板(Maleta塔板和COPS塔板)以及循环精馏技术在隔板塔和反应精馏等过程强化技术中的应用进行了综合论述。论文对循环精馏技术的控制方法和内构件研究中存在的问题进行了总结,并对循环精馏技术的发展方向和前景进行了展望。

低雾沫导向梯形固定阀塔板流体力学性能

开发了一种低雾沫导向梯形固定阀。采用空气-水系统,在1 500 mm×400 mm的矩形塔内,对低雾沫导向梯形固定阀塔板的流体力学性能进行了实验研究,通过改变气体流量、液流强度以及出口堰高,测定了塔板的压降、雾沫夹带及漏液。结果表明:低雾沫导向梯形固定阀塔板的压降和雾沫夹带率较低,泄漏率较高。从整体上比较,相比于F1浮阀有明显改观,综合性能优异;与半椭圆固定阀相比,雾沫夹带明显降低,干湿板压降略高但相差不多,漏液性能持平,总体上性能良好。根据实验结果,回归得到压降、雾沫夹带、泄漏的计算公式,对工程的实际应用起指导作用。

规整填料塔吸收NO_x过程的模拟和实验

为了解决工业中NOx污染问题,以双膜理论为基础建立并求解了氮氧化物在绝热情况下采用高效规整填料塔进行常压水吸收的数学模型,对NOx脱出率、出口含量、氧化度、出塔酸浓度及液体酸温度进行了模拟,同时进行了实验验证.模型涉及水吸收的气相反应及平衡、气相传质过程、界面平衡和液相反应.实验装置为已投产运行的年产2万吨草酸的吸收塔设备.模拟结果与工业实验装置现场采集的数据吻合较好,可以作为氮氧化物工业化生产的理论依据.

一种适用于催化反应精馏的新型填料

为适应催化反应精馏填料需要高持液量及高效率的应用特点,开发了一种新型多层丝网填料PACTU-800,并通过设计中试装置对其进行了流体力学性能测试及传质性能测试。以空气-水为测试物系的冷模实验表明,F因子为0—0.55时,喷淋密度增大则压降增大,F>0.55时,压降变化没有明显规律;并经拟合得到泛点气速公式,与贝恩-霍根公式计算值相对误差为9.1%;以正庚烷-甲基环己烷为测试物系的热模实验表明:该填料理论板数较高,且F因子对其影响不大;F>2.3时,压降开始急剧增大。结果说明:PACTU-800操作弹性大,持液量大,适合高气液负荷下操作;其通量大,压降变化小,停留时间长,效率较高且较恒定。

新型高效规整填料的性能研究

为了获得可靠的设计依据,实验在不同回流比条件下,用环己烷-庚烷和庚烷-甲苯2种二元测试物系对CDG1700Y和CDG2500Y型金属丝网规整填料的流体力学性能和传质性能进行了考察。实验结果表明,这2种填料的压降随着液体流量的增大而增大,单位填料层高度的HETP变化趋势则相反;CDG1700Y和CDG2500Y型填料具有较高的理论板数,且CDG1700Y型填料具有较大的操作弹性。在SRP(II)模型的基础上,获得了实验室条件下传质单元高度的经验关联式,其计算值与实验结果吻合较好,可以为化学交换法分离硼同位素的工业化提供理论指导。

异丁烯烷基化法制均三甲苯的研究

主要研究了以石油工业中C9芳烃精馏后的富均三甲革馏分为原料、异丁烯为烷基化剂,采用液相烷基化法制备高纯均三甲苯的工艺条件.使用异丁烯法在一次烷基化后均三甲苯含量可以达到70%以上,通过精馏去除重组分后,进行二次烷基化反应,均三甲苯的含量可达到94%以上,同时更彻底的消除了沸点附近的邻甲乙苯.然后通过精馏得到工业要求的含量为98.5%的高纯均三甲苯.

规整填料技术在空气低温精馏中的应用

介绍了规整填料技术在空气低温精馏过程中的应用,列举了空分精馏塔内件设计制造等过程中需要注意的问题,指出了今后的发展方向。

萃取精馏分离环己烷-环己烯溶剂的筛选

通过一个简单的汽液平衡装置,研究了N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、γ-丁内酯、N-甲酰基吗啉溶剂以及混合溶剂在萃取精馏分离环己烷-环己烯过程中的分离性能。结果发现二甲基亚砜单独作为溶剂时表现出最佳的分离性能。溶解性好的溶剂往往分离性能一般,而分离性能好的溶剂又存在溶解性差的问题。进一步通过萃取精馏实验证明了溶剂的实际分离效果由溶剂的分离性能与溶解性共同决定。结果表明:二甲基亚砜和N,N-二甲基甲酰胺混合溶剂表现最佳的实际分离效果。

UNIFAC基团贡献法预测合成硝基麝香固液平衡

UNIFAC基团贡献法是目前流行的一种重要的推算相平衡的方法.应用UNIFAC基团贡献法研究了合成硝基麝香物系在乙酸乙酯、乙睛、环已烷等溶剂中的溶解度.通过麝香物系在多种溶剂中的二元相平衡的实验数据对UNIFAC交互作用参数进行了回归修正,并利用这些交互作用参数预测了大量麝香的二元、三元的固液平衡.与实验值比较,证明参数修正的结果是理想的,误差在允许的范围之内,能满足合成硝基麝香体系固液平衡计算的需要.

甲酸精馏系统的模拟计算及改造

对肥城阿斯德化工有限公司2万t/a甲酸精馏系统进行了模拟计算,根据计算结果,对该系统存在的问题进行了全面的分析,对原工艺进行了相应的改造,使得整套装置的生产能力由改造前的1.0万t/a扩大到2.8万t/a,且产品纯度达到相应的要求。

均三甲苯液相空气氧化合成均苯三甲酸

研究了在常压下,以醋酸钴和溴化钠为催化体系,均三甲苯液相空气氧化制备均苯三甲酸的反应工艺。利用酸值滴定、红外光谱和液相色谱等表征方法,确定产物为均苯三甲酸。通过对反应器的类型、催化剂、反应温度和时间等因素的考察,确定出该反应的最佳工艺条件为:采用鼓泡反应器,反应温度95℃,反应时间4.5h,n(均三甲苯)∶n(冰醋酸)∶n(醋酸钴)∶n(溴化钠)∶n(无水乙酸钠)=1∶35∶0.2∶0.1∶0.05,其中Co2+浓度为0.094mol/L。在以上反应条件下,均苯三甲酸的收率可达43 56%,酸值为752.39mg/g,纯度为96.46%。

膜过滤操作条件对过滤阻力的影响

以旋叶膜滤机作为过滤设备进行了光合细菌发酵液动态微孔膜过滤特性的研究,实验研究了操作条件如转速、压力、时间对微孔膜过滤中的阻力分布和大小情况的影响.发现整个过滤过程分为两个阶段,初始过滤阶段和稳态过滤阶段.在第二个阶段中过滤阻力和过滤时间是呈线性变化的.

动态膜滤速率特性的研究

以旋叶膜滤机作为过滤设备对光合细菌发酵液为过滤物料进行了动态微孔膜膜过滤特性的研究.将膜技术与动态过滤技术相结合是膜分离技术的一个热点,集两者各自的优点,对其进行研究和开发,既有理论意义,又有其实用价值.作者在实验中研究了操作条件如转速、压力、浓度对微孔膜过滤速率的影响.过滤速率的衰减基本可分为两个阶段,即速率下降阶段和稳态过滤阶段.

新型Ce掺杂Ti/SnO_2-Sb电极的制备及其性能研究

采用超声涂覆-热分解法制备稀土金属Ce掺杂Ti/SnO_2-Sb电极,利用SEM对电极表面形态进行表征,并考察了Ce掺杂量和电流密度对修饰电极电催化性能和稳定性的影响。结果表明,掺杂后电极涂层中引入了新物质CeO_2,优化了电极的表面结构和形态;制备得到的电极对苯酚和对甲酚都有较好的降解效果,当Ce掺杂量为1%时降解苯酚性能最优,Ce掺杂量为2%时降解对甲酚性能最优;在最优掺杂量下,当电流密度为10 m A/cm2时降解苯酚性能最佳,电流密度为20 m A/cm2时降解对甲酚性能最佳。

多溢流大型塔板的计算传质学

利用计算传质学方法研究了直径12.6m的四溢流大型塔板上液相流动结构对塔板效率的影响,建立了描述多溢流塔板上液相流动和传质状况的理论化计算模型。应用该模型,研究了传统等鼓泡面积设计方法条件下单块塔板的速度场和浓度场。结果表明,所模拟四溢流塔板的左侧翼塔板出现返流区,而右侧翼塔板流动结构相对均匀未出现返流区。为进一步优化塔板结构,提高传质效率,对左侧翼塔板提出了加设导流板的改进结构。计算结果表明,改进的塔板结构在一定程度上改善了塔板上液相的流动结构,使得塔板效率较传统设计方法提升了4.53%～9.22%(当Q1/Q2=[0.5,1.5]时)。

四氯化硅制备三氯氢硅技术研究进展

阐述了多晶硅行业的生产背景和现状,概述了由四氯化硅和二氯二氢硅反歧化反应制备三氯氢硅的反歧化方法和四氯化硅氢化制备三氯氢硅的氢化方法,氢化方法主要包括热氢化法、低温催化氢化法、冷氢化法、氯氢化法、等离子体氢化法等,重点归纳了新型氢化技术低温催化氢化法,并介绍了反歧化方法和多种氢化方法在多晶硅生产过程中的应用,通过对各种方法综合性的分类与讨论,指出了现存方法的优缺点,并对各种方法的应用前景进行了展望。

导流筒结构对环流反应器内流体动力学的影响

建立了一套气升式环流反应器的拟二维模型装置,使用水、空气作为物系进行实验,使用粒子成像测速技术研究了不同气量下导流筒结构对反应器内流体动力学的影响,并建立模型使用CFD方法对其进行了二维及三维模拟。实验结果表明:随着上升区面积的增大,下降管内液速增大,当上升区与下降区面积相等时,环流流量最大。二维模拟与实验结果基本吻合,证明该模型计算结果的有效性,三维模拟结果进一步表明,影响环流流量的关键因素不是直径比,而是上升区面积与下降区面积比。

Kaibel隔板塔用于多晶硅还原工段三氯氢硅分离的模拟研究

将Kaibel隔板塔代替常规三塔顺序分离流程用于多晶硅还原工段中三氯氢硅分离。在简捷计算基础上,利用Multifrac模型进行了严格稳态模拟。主要研究了TCS产品和STC产品采出位置、液体分配比和汽体分配比等参数的影响。结果表明:与常规三塔顺序分离流程相比,Kaibel隔板塔可节约能耗26.43%,设备数量大大减少。

四组分隔板塔用于三氯氢硅分离的模拟研究

对用于四组分分离的Kaibel隔板塔和完全热耦合隔板塔4-DWC在多晶硅还原工段中分离三氯氢硅的应用进行了模拟研究。首先,将不同结构的复杂塔简化为在热力学上等效的简单塔序列流程,利用简捷法设计计算得到初值;再利用严格模拟进行参数优化和模拟计算。结果表明:与常规三塔顺序分离流程相比,Kaibel隔板塔可节约能耗26.43%,4-DWC节约能耗36%,设备数量大大减少。

液氮急冷下Inconel 601H镍基合金焊接接头微观组织研究

Inconel 601H镍基合金在焊接凝固结晶过程中具有明显的晶粒粗大现象,容易引起热裂纹和气孔等缺陷。为了改善焊接接头的综合性能,利用液氮对焊接区域进行局部喷射急冷,从而达到细化晶粒和减少裂纹的目的。首先通过试焊来确定液氮随焊急冷喷射时与熔池中心的距离和流量,然后通过Inconel 601H镍基合金在常规焊接和在不同冷源位置喷射液氮时的焊接进行对比。利用光学显微镜进行观察,研究镍基合金接头各区域尺寸变化、晶粒细化效果和裂纹情况。试验结果表明:相比于常规焊接,在不同冷源位置施加液氮时, HAZ宽度和晶粒尺寸均有不同程度的减小;焊缝组织由单一柱状晶向柱状晶和等轴晶混合转化,此外晶粒尺寸明显减小且未产生裂纹。