间甲酚与对甲酚的吸附分离精制

摘要

甲酚通常是由化工合成或从煤焦油和石油产品中制取的，包括邻、间、对三种异构体，是重要的精细化工中间体。目前，随着甲酚单体下游产品的不断发展，国内外对单体甲酚的纯度要求越来越高，但生产装置规模小，供需矛盾突出。本文研究了吸附法分离间/对甲酚的工艺，该方法流程简单、分离效率高、处理量大且吸附剂可以再生，是一种经济环保的分离方法。
　　在课题组前期实验的基础上，借助化工流程模拟软件Aspen，采用吸附-精馏相结合的方式对间甲酚和对甲酚体系的分离进行模拟计算。通过物性方法的选择、吸附数学模型的选取、精馏过程中灵敏度分析工具的应用，考察了各模块的操作参数对分离效果的影响，获得了间/对甲酚吸附-精馏过程的最佳工艺参数。
　　吸附分离间/对甲酚的工艺包括两次吸附-精馏过程，每个过程又分为吸附、解吸以及产品分离三个阶段。采用Aspen Adsorption组件模拟了甲酚异构体的吸附情况，探讨了床层高径比、进料温度、床层空隙率对吸附分离效果的影响;分析了塔内吸附剂负载量以及不同吸附时刻对甲酚的轴向浓度分布情况。利用Aspen Plus组件模拟了产品精馏过程，考察了理论板数、进料位置、进料温度、回流比对对甲酚质量纯度的影响。得到如下结论:
　　1、一次吸脱附塔Bed1的高径比、吸附温度、床层空隙率的最优值分别为6、363.15 K、0.5。获得的间甲酚质量分数为99.99％、回收率为91.74％，初步实现了间甲酚和对甲酚的分离。
　　2、由于解吸剂的加入，对甲酚的质量分数只有27.08％，因此需要对解吸剂和产品对甲酚进行精馏分离。一次精馏塔RAD1的塔板数、进料板位置、摩尔回流比分别为8块、第3块板、0.7，在该工艺条件下，对甲酚的质量纯度为90.56％。
　　3、为了精制对甲酚，进行了二次吸附，二次吸脱附塔Bed2的高径比和空隙率分别为5和0.4。经洗脱解吸后，对甲酚的质量纯度提高到46.90％。
　　4、精馏分离二次吸脱附后的产品，并经过灵敏度分析得到RAD2的最佳分离工艺，塔板数、摩尔回流比、进料板位置分别选为9块、0.5、第3块板。此时，对甲酚的质量纯度达到99.12％，满足了市场要求。
　　5、利用Aspen Adsorption组件得到吸附塔内各吸附质的负荷曲线，根据这些负荷曲线可以实时调整吸附工况。
　　6、最终获得产品间甲酚的纯度可以达到99.99％以上（回收率91.74％），对甲酚的纯度为99.10％（回收率97.58％）。这些工艺参数能够为实际工业生产提供参考。

目录

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摘要

第一章 文献综述

1．1 甲酚的应用与市场前景

1．2 间／对甲酚的分离方法

1．2．1 物理方法

1．2．2 化学方法

1．2．3 其他方法

1．3 化工过程模拟

1．3．1 化工流程稳态模拟

1．3．2 化工流程动态模拟

1．4 化工过程模拟优化

1．5 化工过程模拟步骤

1．6 本文研究思路

第二章 吸附与精馏

2．1 吸附分离法

2．1．1 吸附等温线方程

2．1．2 吸附动力学

2．2 精馏分离法

2．2．1 操作线方程

2．2．2 理论板数的确定

2．2．3 回流比的选择

第三章 Aspen模拟软件介绍

3．1 Aspen Adsorption组件

3．1．1 Aspen Adsorption的特点

3．1．2 吸附过程的数学模型

3．2 Aspen Plus组件

3．2．1 物性方法简介

3．2．2 物性方法的选择

3．3 Aspen Plus Dynamic组件

第四章 吸附分离工艺

4．1 吸附-精馏分离工艺的全流程模拟

4．2 一次吸脱附过程

4．2．1 吸附塔高径比的影响

4．2．2 温度对分离效果的影响

4．2．3 塔内空隙率的影响

4．2．4 塔内吸附情况

4．3 一次精馏过程

4．3．1 塔板数的影响

4．3．2 进料位置的影响

4．3．3 回流比的影响

4．3．4 进料温度的影响

4．3．5 塔尺寸计算

4．4 二次吸脱附过程

4．4．1 吸附塔高径比的影响

4．4．2 塔内空隙率的影响

4．5 二次精馏过程

4．5．1 塔板数的影响

4．5．2 进料位置的影响

4．5．3 回流比的影响

4．5．4 进料温度的影响

4．6 本章小结

第五章 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

致谢

硕士期间发表的论文