DMAC水溶液中乙酸的吸附分离过程研究

摘要

针对N，N-二甲基乙酰胺(N，N-dimethylacetamide，即DMAC)水溶液中低浓度乙酸的分离问题，本文采用大孔弱碱性阴离子交换树脂为吸附剂，在乙酸质量浓度为0.6％～6.0％的范围内进行了吸附平衡、动力学和固定床动态吸附的研究。
　　经过树脂选型确定出D301G树脂作为溶液中乙酸的吸附剂，通过静态实验，研究了溶液中DMAC的含量对吸附结果的影响，以及D301G树脂对乙酸的吸附热力学和动力学过程。结果表明，DMAC的存在，降低了树脂的平衡吸附量，但D301G树脂对于处理低浓度的乙酸仍具有良好的吸附与再生性能;D301G树脂对乙酸的吸附符合Langmuir等温吸附方程，在此基础上，通过热力学分析得到吸附热力学参数△Gθ＜0，△Hθ＜0，△Sθ＜0，说明该吸附过程为自发进行、放热、熵减小的过程;吸附动力学结果符合准二级动力学模型，颗粒扩散是树脂吸附乙酸速率的主要控制步骤。
　　室温(298K)条件下，在自制离子交换柱中，研究了进料流速、进口浓度及树脂装填量对树脂动态吸附穿透曲线的影响。根据吸附平衡数据及吸附穿透曲线，计算得到动态吸附工程参数（传质系数和传质区高度），优化吸附工艺条件。研究发现，随着进料流速的增加，传质系数和传质区高度增大，传质阻力减小，但吸附穿透点的时间提前，综合考虑选择进料流速4 mL/min较为适宜;乙酸初始浓度和树脂装填量，应根据实际实验装置大小和操作要求而定。
　　在上述实验的基础上，建立数学模型，对树脂固定床动态吸附乙酸的穿透曲线进行模拟。结果表明该数学模型计算得到的吸附穿透曲线和实验得到的穿透曲线基本吻合，而且该模型的建立也为估算穿透点的时间提供了一条方便可靠的方法。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 文献综述

1．1 乙酸水溶液的常用分离方法

1．1．1 精馏法

1．1．2 萃取法

1．1．3 萃取-精馏联合方法

1．1．4 其他方法

1．2 吸附法在含酸水溶液分离中的应用

1．2．1 酸性物质吸附剂

1．2．2 吸附机理及吸附剂选择

1．2．3 离子交换树脂在含酸水溶液分离中的应用

1．3 吸附过程的模型化

1．3．1 等温吸附模型

1．3．2 吸附动力学模型

1．3．3 穿透曲线模型

1．4 本文研究内容

1．4．1 水-DMAC-乙酸三元物系的分育背景

1．4．2 研究方法

1．4．3 研究内容

第二章 静态吸附实验

2．1 实验材料与仪器

2．2 实验方法步骤

2．2．1 分析方法及原理

2．2．2 树脂顶处理

2．2．3 树脂筛选实验

2．2．4 静态吸附实验

2．2．5 树脂再生

2．3 结果与讨论

2．3．1 树脂筛选结果

2．3．2 DMAC的存在对树脂吸附乙酸的影响

2．3．3 搅拌时间对树脂吸附乙酸的影响

2．3．4 树脂用量对其吸附乙酸的影响

2．3．5 温度和初始浓度对树脂吸附乙酸的影响

2．4 树脂再生效果

2．5 小结

第三章 D301G树脂上乙酸的吸附机理

3．1 吸附热力学分析

3．1．1 等温吸附模型的拟合

3．1．2 吸附热力学参数的计算

3．2 吸附动力学分析

3．2．1 吸附动力学曲线

3．2．2 吸附动力学模型

3．2．3 吸附过程活化能的计算

3．2．4 控谜步骤的判断

3．3 小结

第四章 动态吸附实验及穿透曲线

4．1 引言

4．1．1 吸附穿透曲线

4．1．2 穿透曲线的影响因素

4．2 实验材料与仪器

4．3 实验方法步骤

4．4 动态吸附工程参数的计算

4．5 结果讨论

4．5．1 液体流速对动态吸附结果的影响

4．5．2 乙酸初始浓度对动态吸附结果的影响

4．5．3 树脂装填量对动态吸附结果的影响

4．6 固定床动态吸附乙酸的数学模拟

4．6．1 数学模型的建立

4．6．2 模型计算结果

4．7 小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

符号说明

参考文献

作者简介

硕士期间发表的论文