吸附法脱除有机溶剂中微量水的研究

摘要

有机溶剂在现代工业中起着举足轻重的作用，伴随着应用的不断扩展，对溶剂的纯度也提出了很高的要求。水作为一种广泛分布而难以除去的杂质，对产品质量有着重要的影响，因此脱除有机溶剂中微量水分在产品精制时显得非常重要。吸附法脱水是一种具有低能耗、环保的工艺，对微量水的脱除具有广泛的应用前景和经济效益。 本文研究了四氢呋喃、乙二醇二甲醚和异丙醇中微量水在4A分子筛上的吸附行为。在不同温度下分别对三种体系进行了静态吸附平衡数据的测定，并采用Langmuir、Freundlich模型对这些数据进行拟合且吻合较好，拟合参数结果表明平衡吸附容量随温度的升高而降低，符合温度升高不利于吸附进行的规律。根据乙二醇二甲醚吸附平衡数据，依据Clausius-Clapeyron方程计算了吸附热，在本文浓度范围内计算出该体系的吸附热最大为26.9kJ/mol，表明了水在4A分子筛上的吸附机理主要为物理吸附。 在研究静态吸附平衡的基础上，本文采用Crank单孔模型对上述各体系的动力学数据进行拟合并且吻合较好。（1）计算得到四氢呋喃微量水体系在295K和303K时的有效扩散系数De分别为7.6×10－8、1.101×10－7cm2/s。（2）根据乙二醇二甲醚的实验数据，计算出283K时乙二醇二甲醚微量水在4A分子筛微孔内的扩散系数De=1.4135×10-7 cm2/s；（3）计算得到290K下异丙醇中微量水的吸附动力学的有效扩散系数De＝3.539×10－8cm2/s。通过上面扩散系数的计算，显示扩散系数都在10－7～10－8数量级上，表明了本文的三种体系吸附过程都属晶体扩散控制。 针对这三种体系，本文研究了上述体系的固定床吸附动态性能。主要考察了物料初始浓度、床层高度和流速对固定床透过曲线的影响：结果表明初始浓度升高和流速增大都使得到达穿透点的时间缩短，实验时间也相应缩短，但对产品净化度影响不大，而床层高度的增加也增加了床层的稳定性，并能够较长时间地维持稳定的产品净化度；同时建立了动态吸附模型，模型以颗粒孔扩散和外部流体流动方程为主要描述方程，并利用正交配置法求解该模型的偏微分方程组，结果表明该模型对四氢呋喃微量水体系具有较好的预测效果，模拟结果可以为吸附过程的设计提供一定的参考，不仅可减少实验的工作量，节省人力物力，而且对该体系吸附过程的工业放大设计具有指导意义，也为其它吸附过程数模的开发提供借鉴作用。