超临界流体水合物生成动力学及超临界水合萃取研究

摘要

水合物分离是基于水合物晶体中仅包含水和水合物形成物，且水合物形成物在晶体中的含量与原混合物不同的原理而发展起来的。该技术除了可以达到浓缩稀水溶液、海水脱盐淡化、分离气体混合物等目的外，还可和其它的分离技术结合在一起形成新的分离技术。超临界水合萃取技术就是由水合物分离技术和超临界流体萃取技术耦合而成的水溶液分离技术，其理论基础是超临界水合物生成/分解动力学及超临界流体萃取理论。本论文选取乙烯作为超临界水合流体，对超临界水合萃取的基础理论进行了研究。乙烯形成结构Ⅰ水合物。 论文用正交表设计了超临界条件和常规条件下不同浓度正丙醇溶液中各16组乙烯水合物生成动力学实验。用气相色谱分析了实验前后正丙醇溶液的浓度变化，结果表明水合物的生成提高了正丙醇溶液的浓度。实验还测定了3组高浓度(>10wt％)正丙醇水溶液中的乙烯水合物生成动力学数据。 论文考察了乙烯水合物在不同条件下的生成动力学行为。实验发现，在超临界条件下，乙烯水合物生成动力学曲线在开始阶段出现了先下降后突升的现象，分析认为这是由于超临界乙烯的急剧溶解及在溶解阶段有部分晶核形成放热导致液相温度上升引起的。常规条件下，乙烯水合物生成动力学曲线为—光滑曲线，无法区分气体溶解、晶核形成和晶体生长三个阶段，且生成过程无诱导现象。针对超临界条件下正丙醇水溶液中乙烯水合物特殊的生成行为，论文采用实验室提出的适合于超临界流体的水合物生成的新的溶解观点进行了解释，同时超临界乙烯在正丙醇水溶液中的这一特殊的生成行为也进一步论证了该溶解观点。论文考察了压力、温度等因素对乙烯水合物生成的影响。结果表明，超临界条件下，由于推动力较大，无法分析出水合物生成随着压力、温度的改变而相应改变的趋势。而在常规条件下，水合物生成过程的气体溶解、晶核形成和晶体生长速率均随压力升高而加大；同时，随着温度的降低，水合物的生长速率加大；此外，温度还影响水合物平衡压力：温度越低，平衡压力越低。论文还考察了超临界条件下正丙醇浓度对水合物生成的影响。正丙醇是热力学抑制剂。实验发现，当浓度>10wt％时，正丙醇对水合物生长有明显的抑制作用。 论文最后考察了超临界水合萃取对有机水溶液浓度的影响。结果表明，萃取结束后萃余相中正丙醇的含量均有明显增加，浓度提高为原溶液的1.01～1.52倍。论文对超临界水合萃取的机制进行了探讨。

目录

文摘

英文文摘

声明

前言

第一章文献综述

1.1引言

1.2水合物生成动力学研究现状

1.2.1微观动力学研究

1.2.2宏观动力学研究

1.3乙烯的物性及乙烯水合物生成条件的特殊性

1.3.1乙烯的物性

1.3.2乙烯水合物生成条件的特殊性

1.4水合物分离技术

1.4.1水合物法海水淡化

1.4.2气体混合物分离

1.4.3有机水溶液提浓

1.4.4生物工程及生物技术

1.4.5超临界水合萃取技术

1.5超临界流体萃取技术

1.5.1超临界流体及超临界流体萃取理论

1.5.2超临界流体萃取技术的发展与应用

第二章超临界乙烯水合生成动力学及超临界水合萃取实验

2.1引言

2.2实验装置和仪器

2.2.1缓冲罐

2.2.2高压反应釜

2.2.3搅拌系统

2.2.4低温恒温槽

2.2.5数据采集系统

2.2.6实验仪器

2.3研究体系及实验条件的选择

2.3.1研究体系的选择

2.3.2超临界条件的确定

2.4实验过程

2.4.1实验试剂

2.4.2缓冲罐增压过程

2.4.3实验方法与步骤

2.5实验内容

2.5.1正丙醇水溶液中乙烯水合物的生成行为

2.5.2压力、温度对水合物生成行为的影响

2.5.3有机水溶液浓度对水合物生成的影响

2.5.4超临界流体水合物生成动力学机理探讨

2.5.5水合物生成对超临界萃取的影响

第三章结果与讨论

3.1引言

3.2超临界条件下乙烯水合物生成动力学行为

3.3常规条件下乙烯水合物生成动力学行为

3.4压力、温度及水溶液浓度对水合物生成行为的影响

3.4.1压力对生成行为的影响

3.4.2温度对生成行为的影响

3.4.3正丙醇浓度对生成行为的影响

3.5超临界水合流体水合物生成机理

3.6超临界水合萃取对正丙醇溶液浓度的影响

第四章结论与展望

4.1结论

4.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文