水合肼精制过程节能技术研究

摘要

水合肼又称水合联氨，是一种发烟状的、有特殊氨臭味的无色透明油状液体，因其具有很强的还原性，被广泛的应用于精细有机合成领域，是重要的化工原料和中间体。目前，已经工业化的水合肼生产方式有四种，而我国普遍采用的是尿素法。该方法工艺成熟，设备简单，但却因为所得粗肼浓度低、生产过程副产大量无机盐而带来了精制能耗高，固液分离操作复杂，设备投资大等问题。其中，粗肼精制过程能耗高的问题一直是制约尿素法的瓶颈。
　　本文建立了可靠的肼浓度气相色谱分析方法，测定了常压下肼-水二元体系，以及氯化钠表观质量分率分别为0.05，0.10，0.15时肼-水-氯化钠三元体系的汽液相平衡数据，并分别采用NRTL和Electrolyte NRTL模型对实验数据进行关联，得到了N2H4-H2O分子间，N2H4-(Na+，Cl-)分子-离子间相互作用能量参数与温度间的关系。研究发现，对于肼-水体系，Na+、Cl-的存在导致平衡温度升高，平衡汽相中肼浓度增大。这些平衡数据的测定也为相关的化工流程模拟计算机反应器设计等提供了基础数据。
　　利用Aspen Plus模拟软件对尿素法生产的精制工艺过程进行了模拟，研究了采用热泵技术的精馏、蒸发过程集成的节能工艺。节能工艺将精馏塔塔顶蒸汽压缩成高温位蒸汽后分别用于塔釜再沸器和前置蒸发工段的供热，实现了热泵技术、精馏过程和蒸发过程的集成。模拟计算结果表明，与传统工艺相比，热泵-精馏-蒸发集成工艺可以节省88.83％的操作能耗，即每年可减少标准煤20187.25吨，相当于可以减少50266.62吨的二氧化碳排放。

目录

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致谢

摘要

符号清单

1 引言

1．1 课题背景

1．2 研究内容

2 文献综述

2．1 水合肼及其生产工艺

2．1．1 水合肼的性质及应用发展

2．1．2 水合肼生产工艺

2．1．3 水合肼分离提纯

2．1．4 国内水合肼生产情况

2．2 汽液相平衡研究进展

2．2．1 汽液相平衡数据

2．2．2 汽液相平衡的测定

2．2．3 汽液相平衡研究意义

2．3 电解质溶液汽液相平衡理论模型

2．3．1 电解质溶液理论

2．3．2 Pitzer电解质溶液理论

2．3．3 电解质溶液局部组成模型

2．3．4 其他理论模型

2．4 精馏节能技术

2．4．1 节能研究背景

2．4．2 精馏过程节能研究现状

3 实验部分

3．1 实验试剂及仪器

3．1．1 实验试剂

3．1．2 实验仪器

3．2 实验装置及操作方法

3．3 定量分析方法

3．3．1 肼的分析方法

3．3．2 氯化钠的分析方法

3．4 实验装置可靠性验证

4 肼-水-氯化钠三元汽液相平衡

4．1 肼-水二元汽液相平衡数据和相图

4．2 肼-水二元汽液相平衡数据关联

4．2．1 Aspen Plus软件NRTL模型参数

4．2．2 肼-水二元汽液相平衡模型参数回归

4．2．3 实验误差分析

4．3 肼-水-氯化钠三元汽液相平衡数据和相图

4．4 肼-水-氯化钠三元汽液相平衡数据关联

4．4．1 Aspen Plus Electrolyte NRTL模型参数

4．4．2 肼-水-氯化钠三元汽液相平衡模型参数回归

4．4．3 盐效应讨论

4．5 小结

5 热泵-精馏-蒸发集成新工艺

5．1 尿素法水合肼精制过程

5．1．1 尿素法水合肼精制工艺流程

5．1．2 蒸发工段流程模拟

5．2 工艺过程节能研究

5．2．1 精馏塔操作条件优化

5．2．2 热泵-精馏-蒸发节能新工艺

5．3 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录

作者简历与科研成果