亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        水-丙二醇單甲醚-1,2-丙二醇三元物系分離模擬

        2022-03-03 03:20:10曹貴平
        石油化工 2022年1期
        關(guān)鍵詞:級(jí)數(shù)熱力學(xué)溶劑

        蔡 乾,曹貴平,呂 慧

        (華東理工大學(xué) 化工學(xué)院 聯(lián)合化學(xué)反應(yīng)工程研究所 化學(xué)工程聯(lián)合國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200237)

        在過(guò)氧化氫氧化丙烯合成環(huán)氧丙烷的過(guò)程中,產(chǎn)物脫除甲醇等組分后的廢水中含有低濃度的丙二醇單甲醚(MME)和1,2-丙二醇(PG)[1-2]。MME是一種低毒性的優(yōu)良溶劑,被廣泛用于工業(yè)和消費(fèi)品中[1-2],同時(shí)也是燃料抗凍劑、洗滌劑和萃取劑等的重要原料[3-4]。PG是生產(chǎn)化妝品和不飽和聚氨酯的原料[5-6],在除冰溶劑、個(gè)人護(hù)理品以及食品的防腐劑中發(fā)揮著不容忽視的作用[7-8],因此,對(duì)MME和PG的回收利用具有重要的價(jià)值。體系中的水(WT)與MME會(huì)形成最低恒沸點(diǎn)共沸物[3,9],如采用精餾方法分離,存在流程長(zhǎng)、能耗高的缺點(diǎn)。Zhao等[10]通過(guò)萃取與精餾的耦合方式分離了WT-MME二元體系,但MME-PG-WT三元體系含有少量的PG,萃取時(shí)PG在萃取相和萃余相存在不同的分布,影響后續(xù)分離效率,因此萃取劑的選擇十分重要。

        本工作通過(guò)三元相圖研究了苯(BE)、甲苯(MB)、乙苯(EB)、二甲苯(DB)和異丙苯(IB)萃取劑對(duì)MME和PG的萃取效果。利用單級(jí)萃取模擬計(jì)算,篩選了適合WT-MME-PG體系的最佳萃取劑和最佳萃取溫度。通過(guò)多級(jí)萃取模擬,分析了萃取的最佳操作條件,為后續(xù)的精餾過(guò)程提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),對(duì)工業(yè)回收化學(xué)品及處理有機(jī)廢水提供指導(dǎo)。

        1 熱力學(xué)方程

        合適的熱力學(xué)方程是成功模擬的基礎(chǔ)。前人在研究WT-MME體系的分離時(shí)發(fā)現(xiàn)NRTL熱力學(xué)方程可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)體系中各組分的性質(zhì)以及二元交互參數(shù)[9-12],胡松等[13]采用NRTL熱力學(xué)方程對(duì)環(huán)氧丙烷-水-甲醇-PG四元體系進(jìn)行了模擬計(jì)算。本工作在前人研究的基礎(chǔ)上,采用NRTL熱力學(xué)方程對(duì)本體系進(jìn)行模擬。在Aspen Plus計(jì)算時(shí),使用了如式(1)所示的NRTL方程式[14-15],該方程定義了液相組分中組分i的活度系數(shù)(γi):

        式中,x為液相中各組分的摩爾分?jǐn)?shù);G為吉布斯自由能,kJ/mol;τ為關(guān)于組分i和j的二元相互作用的參數(shù),與溫度有關(guān);G和τ可通過(guò)式(2)~(4)計(jì)算:

        式中,Δgi j表示組分分子對(duì)之間的相互作用能;R為氣體常數(shù),J/(mol·K);T為絕對(duì)溫度,K;a,b,c為非隨機(jī)參數(shù),與分子間相互作用能量有關(guān)。

        NRTL熱力學(xué)方程下體系中各組分的參數(shù)見表1~4,其中S為萃取劑。

        表1 NRTL熱力學(xué)方程下WT-MME-PG的參數(shù)Table 1 WT-MME-PG parameters under NRTL thermodynamic equation

        表2 NRTL熱力學(xué)方程下WT-S的參數(shù)Table 2 WT-S parameters under NRTL thermodynamic equation

        表3 NRTL熱力學(xué)方程下MME-S的參數(shù)Table 3 MME-S parameters under NRTL thermodynamic equation

        表4 NRTL熱力學(xué)方程下PG-S的參數(shù)Table 4 PG-S parameters under NRTL thermodynamic equation

        2 計(jì)算基礎(chǔ)

        2.1 指標(biāo)

        萃取劑的選擇直接關(guān)系到萃取操作的可行性、經(jīng)濟(jì)性及后續(xù)分離操作的難易程度。理想的萃取劑不僅能對(duì)目標(biāo)組分有優(yōu)異的萃取能力,而且可減小后續(xù)的分離難度、降低分離成本。分配系數(shù)(k)和萃取率(η)被廣泛用作衡量萃取劑的性能優(yōu)劣的指標(biāo)[15]。ki=yi/xi,其中,i表示組分;yi和xi分別表示組分i在萃取相與萃余相中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。ki越大,表明組分i在萃取相中的含量越多,即萃取效果越明顯。萃取率是量化萃取劑效果的重要指標(biāo),經(jīng)萃取后,組分i的萃取率為:ηi=mEyi/(mEyi+mRxi),其中,mE為組分i在萃取相中的質(zhì)量流量,mR為組分i的總質(zhì)量流量。萃取劑在萃余相中的殘余量(RS)也是評(píng)價(jià)萃取劑優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo),RS越小,后續(xù)對(duì)萃余相中的關(guān)鍵組分的提純就越方便,同時(shí)也可以減少萃取劑的損耗。

        2.2 模擬基礎(chǔ)

        針對(duì)WT-MME-PG體系,期望萃取劑對(duì)MME的萃取效果較好,而對(duì)PG和WT不具萃取效果,理想情況是經(jīng)萃取后,全部的MME和萃取劑作為萃取相流出,全部的PG和WT作為萃余相流出,這樣可以很大程度上簡(jiǎn)化后續(xù)的分離過(guò)程。設(shè)定萃取壓力為常壓,萃取溫度為25 ℃,原料進(jìn)料量為1 000 kg/h,原料含有96.88%(w)WT、1.69%(w)MME和1.43%(w)PG,萃取劑與原料質(zhì)量進(jìn)料比為1。

        2.3 三元相圖

        三元相圖被廣泛用作選擇合適萃取劑的分析和解釋圖形工具[16-17]。典型的單級(jí)萃取三元相圖如圖1所示,三角形的3個(gè)頂點(diǎn)表示3個(gè)純組分。溶解度曲線將三角形內(nèi)部分為兩個(gè)區(qū)域,陰影部分為兩相區(qū)域,陰影部分以外區(qū)域?yàn)閱蜗鄥^(qū),萃取操作需要在兩相區(qū)進(jìn)行,兩相區(qū)域越大,表示萃取劑和溶劑互溶度越小,越有利于萃取。

        圖1 單級(jí)萃取圖解法Fig.1 Graphic method of single stage extraction.A:pure solvent A;B:solute B;S:pure extractant;F:raw mixture of A and B;E:extract phase;R:raffinate phase;E’:extract phase after extractant removal completely;R’:raffinate phase after extractant removal completely.

        萃取操作時(shí),含有組分A和B的原料液(F點(diǎn))和萃取劑(S點(diǎn))的混合組成位于兩相區(qū)內(nèi)(M點(diǎn)),萃取劑與原料液充分混合,靜置分層為萃取相(E點(diǎn))和萃余相(R點(diǎn)),各液相的質(zhì)量關(guān)系可由杠桿規(guī)則描述。分別連接S點(diǎn)和E點(diǎn)、S點(diǎn)和R點(diǎn)并延長(zhǎng),交AB邊于E’點(diǎn)和R’點(diǎn),E’點(diǎn)和R’點(diǎn)分別表示當(dāng)萃取劑完全脫除后萃取液和萃余液組成。可以看出,相比F點(diǎn),E’點(diǎn)中的A組分含量增加,B組分含量減少;R’點(diǎn)中的A組分含量減少,B組分含量有一定程度的增加。因此,經(jīng)單級(jí)萃取后,萃取劑對(duì)原料液中的溶質(zhì)A具有萃取作用,實(shí)際操作時(shí),可通過(guò)改變萃取條件滿足設(shè)定要求。

        3 結(jié)果與討論

        3.1 三元相圖的繪制

        采用Aspen Plus軟件的Ternary Diag功能繪制三元相圖。WT-MME-BE的三元相圖見圖2。對(duì)圖2下部紅色方框區(qū)域進(jìn)行放大處理,可清晰看出萃取相和萃余相中各組分的組成,其余四種溶劑作萃取劑時(shí)的三元相圖放大圖見圖3。WT-PG-S三元相圖放大圖見圖4。WT-MME-PG和MMEPG-S體系為均相,三元相圖不再繪出。

        圖2 WT-MME-BE三元相圖Fig.2 Ternary phase diagram of WT-MME-BE.

        圖3 WT-MME-S三元相圖放大圖Fig.3 Enlarged ternary phase diagram of WT-MME-S.

        圖4 WT-PG-S三元相圖放大Fig.4 Enlarged ternary phase diagram of WT-PG-S.

        3.2 三元相圖分析

        根據(jù)杠桿原理可求得各體系中代表萃取相和萃余相的E點(diǎn)和R點(diǎn)的組成,進(jìn)而求得各組分的分配系數(shù),WT-MME-S和WT-PG-S體系中各組分的分配系數(shù)見表5。

        由表5可看出,在WT-MME-S體系中,MME的分配系數(shù)在BE和IB作為萃取劑時(shí)分別為0.417和0.154;在MB,EB,DB作萃取劑時(shí)均為1.125,表明BE和IB對(duì)MME的萃取效果較差,不予考慮。MB作萃取劑時(shí)WT的分配系數(shù)為0.001,小于EB和DB作萃取劑時(shí)的0.008和0.003,表明MB作萃取劑時(shí)萃取相的WT含量相對(duì)較少。EB,MB,DB作萃取劑時(shí)它們的分配系數(shù)分別為491.500,991.000,988.000,說(shuō)明EB作萃取劑時(shí)在萃余相中有較多的殘留。在WT-PG-S體系中,采用EB、DB和MB作萃取劑時(shí),PG的分配系數(shù)分別為0.250,0.167,0;WT的分配系數(shù)在EB,MB,DB三種萃取劑下接近于WT-MME-S體系。綜合比較可知,5種萃取劑中BE和IB對(duì)MME萃取效果較差,MB,EB,DB對(duì)MME的萃取效果接近,且萃取相中WT和PG含量均較少。選擇MB,EB,DB作為備選萃取劑,采用Aspen Plus軟件分離模擬得到最優(yōu)萃取劑,并確定最佳操作參數(shù)。

        表5 WT-MME-S和WT-PG-S體系中各組分分配系數(shù)Table 5 Partition coefficients(k) of components in WT-MME-S and WT-PG-S systems

        3.3 單級(jí)萃取

        考察不同萃取劑條件下的單級(jí)萃取。選擇Aspen Plus軟件中的Decanter模塊進(jìn)行單級(jí)萃取模擬,設(shè)定溶劑比(萃取劑與原料液質(zhì)量流量比)為1。考察不同萃取劑下溫度對(duì)各組分萃取率及RS的影響,結(jié)果見圖5。由圖5a可知,MME的萃取率隨溫度的升高而增大,當(dāng)萃取劑分別為MB,EB,DB時(shí),MME的萃取率在5 ℃時(shí)分別為0.425,0.401,0.403,升至30 ℃時(shí)則分別為0.459,0.441,0.440,因此,與EB和DB相比,MB對(duì)MME的萃取效果更為顯著。由圖5b可看出,PG的萃取率隨溫度的升高而增大,當(dāng)萃取劑為MB時(shí),PG的萃取率在5 ℃時(shí)為0,隨著溫度升至30 ℃,PG的萃取率達(dá)到0.001;PG的萃取率在EB和DB作萃取劑時(shí)一致,在5 ℃時(shí)為0.141,升至30 ℃時(shí)為0.150。從圖5c可知,WT的萃取率隨溫度的升高而增大,在5 ℃時(shí),WT的萃取率在MB,EB,DB作萃取劑時(shí)分別為0.2×10-4,2.2×10-4,2.8×10-4,在30 ℃時(shí) 則 分 別 為0.5×10-4,7.1×10-4,6.8×10-4,在MB為萃取劑時(shí),萃取相中的WT含量低于EB和DB作萃取劑時(shí)的含量。從圖5d可看出,采用MB、EB和DB萃取劑時(shí),隨溫度的升高,RS增大,其中,MB作萃取劑時(shí)的RS略高于EB和DB作萃取劑時(shí)的RS。

        圖5 不同萃取劑下溫度對(duì)各組分萃取率及RS的影響Fig.5 Effect of temperature on extraction rate(η) of component and extractant residue in raffinate phase(RS) with different extractants.

        綜合而言,MB對(duì)MME的萃取效果優(yōu)于EB和DB,而對(duì)PG和WT的萃取效果不如EB和DB,因此滿足MME作為萃取相流出、PG和WT作為萃余相流出的目標(biāo),盡管MB作萃取劑時(shí)的RS略高,但由于殘余量較少,此影響可以忽略,故對(duì)于WT-MME-PG體系,MB為最佳萃取劑。

        升高溫度可增加MME的萃取率,但會(huì)導(dǎo)致PG和WT萃取率的增大和RS的增加,而實(shí)際目標(biāo)希望RS越小越好、萃取相中的PG和WT含量越低越好,且由于MME的萃取率可通過(guò)增大溶劑比和萃取級(jí)數(shù)來(lái)提高,因此實(shí)際萃取溫度越低越好,故取萃取溫度為5 ℃。

        3.4 多級(jí)萃取

        為了確定最佳溶劑比和萃取級(jí)數(shù),進(jìn)一步進(jìn)行了多級(jí)萃取模擬研究。選用Aspen Plus軟件中的Extract模塊,MB作萃取劑,萃取溫度5 ℃,考察溶劑比和萃取級(jí)數(shù)對(duì)各組分的萃取率及RS的影響,如圖6所示。由圖6a可知,MME的萃取率隨溶劑比和萃取級(jí)數(shù)的增大而增大。當(dāng)溶劑比取1.8時(shí),在萃取級(jí)數(shù)為19時(shí)MME的萃取率達(dá)到1。由圖6b~c可看出,PG和WT的萃取率均隨著溶劑比的增加而增大,隨萃取級(jí)數(shù)的增加先增大然后基本保持不變。從圖6d可看出,在不同溶劑比下,RS隨萃取級(jí)數(shù)的增大而減小,在萃取級(jí)數(shù)大于17后趨于穩(wěn)定。在考慮設(shè)備成本和溶劑成本需要減小溶劑比和萃取級(jí)數(shù)的前提下,為了獲得最大MME萃取率和最小RS,因此,取溶劑比和萃取級(jí)數(shù)分別為1.8和19。

        圖6 不同溶劑比下萃取級(jí)數(shù)對(duì)各組分萃取率以及RS的影響Fig.6 Effects of extraction stages(NT) on η of component and RS under different solvent ratios(δ).Conditions:MB extractant,5 ℃.δ:● 1.6;■ 1.8;▲ 2.0

        以MB為萃取劑,在萃取溫度5 ℃、溶劑比1.8、萃取級(jí)數(shù)19的條件下進(jìn)行模擬計(jì)算,帶詳細(xì)物流信息的萃取效果見圖7。

        圖7 最優(yōu)條件下的萃取效果Fig.7 Extraction effect diagram under optimal conditions.Conditions:MB extractant,5 ℃,δ=1.8,NT=19. FT:total flow rate.

        從圖7可看出,萃取相為MME和MB,含微量的PG和WT,萃余相為PG和WT,含微量的MME和MB。

        4 結(jié)論

        1)采用Aspen Plus軟件模擬WT-MME-PG的初步萃取分離,選擇5種萃取劑,通過(guò)繪制三元相圖分析不同萃取劑對(duì)各組分分配系數(shù)的影響,發(fā)現(xiàn)MB,EB,DB對(duì)MME有較好的萃取效果。

        2)單級(jí)萃取下,比較了MB,EB,DB作萃取劑時(shí)MME和PG的萃取率及萃余相中的殘余量,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,MB為適宜的萃取劑,5 ℃為適宜的萃取溫度。

        3)通過(guò)多級(jí)萃取模擬研究,發(fā)現(xiàn)MB作萃取劑,5 ℃下的最優(yōu)操作條件為溶劑比1.8、萃取級(jí)數(shù)19。在該條件下,MME和MB作為萃取相流出,WT和PG作為萃余相流出,極大地簡(jiǎn)化了后續(xù)分離工作。本工作對(duì)萃取劑的選擇、工業(yè)回收有機(jī)組分及處理有機(jī)廢水提供了一定的參考。

        猜你喜歡
        級(jí)數(shù)熱力學(xué)溶劑
        低共熔溶劑在天然產(chǎn)物提取中的應(yīng)用
        硝呋太爾中殘留溶劑測(cè)定
        云南化工(2021年11期)2022-01-12 06:06:18
        Dirichlet級(jí)數(shù)及其Dirichlet-Hadamard乘積的增長(zhǎng)性
        幾個(gè)常數(shù)項(xiàng)級(jí)數(shù)的和
        Fe-C-Mn-Si-Cr的馬氏體開始轉(zhuǎn)變點(diǎn)的熱力學(xué)計(jì)算
        上海金屬(2016年1期)2016-11-23 05:17:24
        活塞的靜力學(xué)與熱力學(xué)仿真分析
        電子制作(2016年19期)2016-08-24 07:49:54
        p級(jí)數(shù)求和的兩種方法
        液液萃取/高效液相色譜法測(cè)定豆干與腐竹中溶劑黃2及溶劑黃56
        一類非奇異黑洞的熱力學(xué)穩(wěn)定性
        Dirichlet級(jí)數(shù)的Dirichlet-Hadamard乘積
        国产又黄又湿又爽的免费视频| a级国产乱理论片在线观看 | 最近日韩激情中文字幕| 天天澡天天揉揉AV无码人妻斩 | 国产超碰女人任你爽| 色一乱一伦一图一区二区精品| 亚洲依依成人综合在线网址| 欧美亚洲另类国产18p| 一级二级三一片内射视频| 国产精品日韩亚洲一区二区| 亚洲高清一区二区三区在线播放| 三a级做爰片免费观看| 中国老熟妇自拍hd发布| 特黄aa级毛片免费视频播放| 国产一级一片内射在线| 亚洲视频免费一区二区| 久久99精品九九九久久婷婷| 116美女极品a级毛片| 国产亚洲精品不卡在线| 亚洲国产成人va在线观看天堂| 国产精品二区一区二区aⅴ污介绍| 国产无遮挡又黄又爽在线视频| 正在播放国产多p交换视频| 亚洲精品一区二区在线播放| 草青青在线视频免费观看| 亚洲av永久无码精品一福利| 久久精品中文字幕一区| 99国产精品久久久蜜芽| 91国内偷拍一区二区三区| 日本精品一区二区三区二人码| 国产成年无码v片在线| 国产精品欧美韩国日本久久| 最好的99精品色视频大全在线| 国产熟妇疯狂4p交在线播放| 亚洲精品国偷拍自产在线观看蜜臀 | 亚洲日韩激情无码一区| 国产真实夫妇视频| 精品九九视频| 白白色最新福利视频二| 日韩精品无码一区二区三区四区 | 久久精品国产久精国产果冻传媒|