《化工設(shè)計概論》講座-2化工開發(fā)設(shè)計3

1、2.6.2 脈沖萃取塔的開發(fā)設(shè)計朱明喬浙江大學(xué)化工系2009-目 錄一、課題的提出二、解決課題的初步方案三、實驗中碰到的問題四、實驗過程中問題的解決五、實驗結(jié)果和討論六、放大設(shè)計七、生產(chǎn)運行八、展望九、論文和成果2009-一、課題的提出課題背景己內(nèi)酰胺，錦綸-6單體拉西（Raschig）法工藝為主，占90%生產(chǎn)工藝路線簡介分離精制苯萃取，巨化集團公司錦綸廠含有510%己內(nèi)酰胺的殘液排放掉，既污染了環(huán)境，又損失了己內(nèi)酰胺產(chǎn)品技術(shù)指標殘液處理能力：600L/h殘液分離要求：6.4%（wt）降到1%以下2009-二、解決課題的初步方案ASPEN PLUS流程模擬軟件工廠原有的分離方案及技術(shù)改造失敗的

2、原因剖析國內(nèi)外的研究及分離技術(shù)的調(diào)研萃取率提高的關(guān)鍵問題提出提高傳質(zhì)效率工業(yè)化過程中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲得及放大規(guī)則確立的方案2009-三、實驗中碰到的問題液液平衡數(shù)據(jù)的設(shè)計和測定方法脈沖萃取塔的小試設(shè)計和加工脈沖發(fā)生器的設(shè)計和加工小試實驗流程的建立進出物料組成的確定小試脈沖萃取塔性能測試點的分布中試實驗流程的建立和試驗方案2009-四、實驗過程中問題的解決(1)液液平衡數(shù)據(jù)實驗條件創(chuàng)造實驗點的分布分析方法確定脈沖萃取塔小試脈沖篩板及連接脈沖篩板柱和填料柱脈沖發(fā)生器的選擇與改進實驗流程2009-四、實驗過程中問題的解決(2)脈沖萃取塔小試實驗點性能測試脈沖萃取塔中試中試方案確定2009-五、實驗結(jié)果和

3、討論(1)液液平衡研究結(jié)果2009-五、實驗結(jié)果和討論(2)液液平衡研究結(jié)果2009-五、實驗結(jié)果和討論(3)液液平衡研究結(jié)論（1）測定了7套與己內(nèi)酰胺殘液回收有關(guān)的液液平衡數(shù)據(jù)：20、30、40下己內(nèi)酰胺-水-苯體系；20、30下己內(nèi)酰胺-水-硫酸銨-苯體系；pH=2、4下己內(nèi)酰胺-水-硫酸銨-硫酸-苯體系。其中后6套體系未見文獻報道。（2）在溫度2040范圍內(nèi)，溫度升高對己內(nèi)酰胺萃取回收有利。（3）在pH=26范圍內(nèi)，pH升高對己內(nèi)酰胺萃取回收有利。（4）在己內(nèi)酰胺水溶液中加入硫酸銨，對己內(nèi)酰胺萃取回收有利。2009-五、實驗結(jié)果和討論(4)脈沖萃取塔小試結(jié)果脈沖篩板萃取塔液泛試驗脈沖篩板

4、萃取塔操作穩(wěn)定性考察萃取比對己內(nèi)酰胺水溶液萃取效果的影響脈沖篩板萃取塔操作性能測試正交試驗2009-五、實驗結(jié)果和討論(5)脈沖萃取塔中試操作現(xiàn)象2009-五、實驗結(jié)果和討論(5)脈沖萃取塔中試操作穩(wěn)定性考察2009-五、實驗結(jié)果和討論(6)脈沖篩板萃取塔表觀傳質(zhì)單元高度關(guān)聯(lián)2009-六、放大設(shè)計(1)在設(shè)計萃取塔時，系統(tǒng)的相平衡數(shù)據(jù)、兩相的物性參數(shù)，以及萃取操作的溫度、兩相始末濃度與流量，通常都是已知的。設(shè)計計算的內(nèi)容是使所確定的塔徑與塔高，滿足化工工藝對生產(chǎn)能力和分離效能的要求。塔徑的放大對液體力學(xué)狀況的影響很小，故計算液泛流速時不必考慮塔徑的大小。但塔徑增大加劇了流浪分布不均勻與逆向混和

5、，因此從模型塔測得的傳質(zhì)單元高度，用以計算工業(yè)塔時，須按下式校正（經(jīng)驗）：工業(yè)塔的傳質(zhì)單元高度，m；模型塔的傳質(zhì)單元高度，m；工業(yè)塔的直徑，m；模型塔的直徑，m。 2009-六、放大設(shè)計(2)實驗得到：2009-六、放大設(shè)計(3)1、塔徑計算2、有效塔高計算3、塔內(nèi)部件設(shè)計及加工塔板設(shè)計分離段設(shè)計脈沖系統(tǒng)設(shè)計4、脈沖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2009-生產(chǎn)裝置2009-脈沖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2009-七、生產(chǎn)運行2009-八、展望國際上已有專業(yè)性的溶劑萃取期刊定期出版，而且每23年有一次世界性的溶劑萃取國際學(xué)術(shù)會議（ISEC）在不同國家輪流舉行。隨著能源和資源利用、生物和醫(yī)藥工程、環(huán)境工程和高新材料開發(fā)的進展，以及對傳統(tǒng)

6、化工萃取技術(shù)的改造，脈沖萃取塔的應(yīng)用將會更多。溶劑萃取具有處理能力大、選擇性好、操作方便、能耗較低和回收率高等優(yōu)點。專利的推廣及帶動新型萃取技術(shù)的開發(fā)2009-九、論文和成果(1)項目己內(nèi)酰胺生產(chǎn)裝置廢液回收中試項目，作為巨化集團公司2001年重點技術(shù)攻關(guān)項目，列入2001年公司科研開發(fā)計劃（巨化集團公司）巨化5kt/a己內(nèi)酰胺裝置廢液回收中試研究課題，作為浙江省重點攻關(guān)項目列入2001年省科學(xué)技術(shù)研究計劃項目（省科技廳）2009-九、論文和成果(1)專利用于萃取的脈沖塔，申請日：2003,04, 30，授權(quán)日：2005,05,18，專利號：ZL 03 1 16771.3，證書號：208964

7、。用于萃取塔的脈沖發(fā)生器，公開號2477245，專利號：ZL 01 2 21114.1，申請日：2001,04,12，授權(quán)日：2002,02,20。用于脈沖萃取的篩板塔， 公開號 2477247，專利號：ZL 01 2 21108.7，申請日：2001,04,12，授權(quán)日：2002,02,20。 2009-九、論文和成果(2)獎勵用脈沖篩板塔回收殘液中的己內(nèi)酰胺小試，通過鑒定，浙科鑒字2000379，2000.9。己內(nèi)酰胺裝置廢液回收中試技術(shù)，通過巨化集團公司評審，填補國內(nèi)空白。脈沖篩板塔回收廢液中己內(nèi)酰胺技術(shù)改造項目，獲巨化集團公司2001年度科技進步一等獎、省科技進步二等獎等。論文Xie

8、F.Y., Zhu M.Q., Liu J.Q., He C.H. Extraction of Caprolactam from Ammonium Sulfate Solution Using Pulsed Packed Column , Chinese J. Chem. Eng.(Special Issue), in press2009-九、論文和成果(3)He C.H., Liu J.Q., Xie F.Y., Zhu M.Q. Recovery of Caprolactam from Waste Water in Caprolactam Production Factory using

9、Pulsed-sieve-plate Extraction Column, Chinese J. Chem. Eng., in pressHE Chaohong, ZHU Mingqiao LIU Jianqing, and XIE Fangyou. Scale-up Effect of Pulsed Sieve-Plate Column for Recovering Caprolactam from Waste Water, Proceedings of CKCSST01, Oct. 31-Nov.2 2001, Hangzhou ChinaZHU Mingqiao, HE Chaohong

10、, LIU Jianqing, and XIE Fangyou. Extraction of Caprolactam from Ammonium Sulfate Solution Using Pulsed Packed Column Proceedings of CKCSST01, Oct. 31-Nov.2 2001, Hangzhou China2009-九、論文和成果(4)效益以該研究成果為核心技術(shù)的己內(nèi)酰胺脈沖篩板塔回收殘液技改項目，回收己內(nèi)酰胺年新增經(jīng)濟效益120多萬元；排放廢水中的COD從原110000mg/l降至60000 mg/l，年減少COD排放800t/a以上，年減少處理費

11、用100多萬元，有較好的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。其它研究的影響2001國家自然科學(xué)基金：批準號，20176049；從植物中高效地提取分離黃酮類化合物的基礎(chǔ)研究，200220042002年國家自然科學(xué)基金申請及省自然科學(xué)基金申請：己內(nèi)酰胺合成的綠色催化研究中石化其它的綠色催化研究2009-THANK YOU!2009-生產(chǎn)工藝路線比較分子篩+H2SO4 -(NH4)2SO4+NH2OH+H2SO4 - -(NH4)2SO4+H2O2+NH3 TS-1+O2+O2+H2O H-ZSM-5+O2+3H2 Ru催化劑+3H2苯苯環(huán)己烷環(huán)己烯環(huán)己醇環(huán)己醇環(huán)己酮環(huán)己酮環(huán)己酮肟環(huán)己酮肟己內(nèi)酰胺己內(nèi)酰胺尼龍66尼

12、龍66尼龍6尼龍6Classical routeNew route2009-精制分離流程簡圖硫銨萃取塔粗油萃取塔苯來自蒸苯塔去蒸苯塔硫銨溶液粗油2009-2009-2009-2009-脈沖篩板萃取塔液泛試驗2009-脈沖篩板萃取塔操作穩(wěn)定性考察2009-萃取比對己內(nèi)酰胺水溶液萃取效果的影響2009-操作性能測試正交試驗2009-操作性能測試正交試驗正交表應(yīng)用計算表如下表所示。2009- L9（34）正交表應(yīng)用計算表（以表觀傳質(zhì)單元高度HTUoxp為試驗?zāi)繕耍┝刑?234因素進料量qF，L/h萃取比Rm脈沖振幅a，cm脈沖頻率f，s-1傳質(zhì)單元高度Hoxp，m試驗號水平11（3.5）1（5）3（

13、0.64）2（1.0）Hoxp1=0.30222（6.2）11（0.38）1（0.83）Hoxp2=0.47933（8.9）12（0.51）3（1.25）Hoxp3 =0.324412（6）21Hoxp4=0.38652233Hoxp5=0.31363212Hoxp6=0.414713（7）13Hoxp7=0.32382322Hoxp8=0.34393331Hoxp9=0.358IjIIjIIIjkjIj / kjIIj / kjIIIj / kj極差（Dj）1.0111.1351.09630.3370.3780.3650.0411.1051.1131.02430.3680.3710.3410.0301.2161.0530.97330.4050.3510.3240.0801.2231.0590.96030.4080.3530.3200.0882009-正交試驗結(jié)論通過極差分析和單因素分析可知，在試驗范圍內(nèi)，當料液流量適中即qF=6.2L/h，脈沖頻率較大、脈沖振幅較大，兩者可用脈沖強度來衡量，萃取比適中，可選擇試驗范圍任何一點，此時所得到的傳質(zhì)單元高度HTUoxp較小，而萃取比Rm對傳質(zhì)單