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离子液体用于丙烯-丙烷分离过程的模拟研究

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摘要

符号说明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 丙烯-丙烷分离技术的研究进展

1.2.1 深冷分离工艺

1.2.2 萃取精馏工艺

1.2.3 吸附分离工艺

1.2.4 吸收分离工艺

1.2.5 膜分离工艺

1.3 离子液体分离丙烯-丙烷研究进展

1.3.1 离子液体简介

1.3.2 离子液体分离气体的研究进展

1.3.3 离子液体分离丙烯-丙烷的研究进展

1.3.4 丙烯双塔精馏工艺的模拟

1.4 本文研究的主要内容

第二章 丙烯精馏系统过程模拟与优化研究

2.1 丙烯精馏过程概述

2.1.1 丙烯精馏系统介绍

2.1.2 体系组分

2.1.3 物性方法

2.2 丙烯单塔精馏系统模拟与优化

2.2.1 丙烯单塔精馏工艺流程

2.2.2 丙烯单塔精馏系统模块的选择

2.2.3 丙烯单塔精馏系统塔板数的优化

2.3 丙烯双塔精馏系统模拟与优化

2.3.1 丙烯双塔精馏工艺流程

2.3.2 丙烯双塔精馏系统模块的选择

2.3.3 丙烯双塔精馏系统操作参数的优化

2.4 结果与讨论

2.4.1 最佳工艺参数

2.4.2 最优结果

2.5 本章小结

第三章 离子液体分离丙烯-丙烷工艺流程的模拟研究

3.1 物性数据

3.1.1 临界参数

3.1.2 物性数据模型方程

3.1.3 体系组分

3.1.4 热力学模型

3.2 离子液体吸收分离丙烯-丙烷流程的模拟与优化

3.2.1 吸收分离流程介绍

3.2.2 吸收分离系统模块选择

3.2.3 分离单元模块参数的设定

3.3 模型验证

3.3.2 BmimBF4-AgBF4对丙烯-丙烷的吸收量

3.3.3 丙烯-丙烷分离选择性

3.4 工艺参数优化

3.4.1 塔板数

3.4.2 吸收温度

3.4.3 吸收压力

3.4.4 解吸塔温度

3.4.5 解吸塔压力

3.5 结果与讨论

3.5.1 最佳工艺参数

3.5.2 最优结果

3.6 本章小结

第四章 离子液体吸收分离工艺和丙烯双塔精馏工艺的比较

4.1 能量计算标准

4.1.1 电能和标准煤的折算

4.1.2 热负荷和标准煤的折算

4.1.3 冷负荷和标准煤的折算

4.1.4 单位质量丙烯能耗

4.2 分离工艺对比

4.2.1 丙烯纯度和回收率对比

4.2.2 能耗对比

4.3 本章小结

第五章 结论

参考文献

附录

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介

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摘要

丙烯-丙烷的分离是石油化工中的一个重要工业过程,目前工业上通常选用丙烯双塔精馏工艺,但该工艺能耗高、运行成本大。最近,兴起了一类新型的丙烯吸收剂,即含过渡金属盐的离子液体,关于丙烯-丙烷在这些新型离子液体体系中的溶解度和相平衡数据已经有一些实验数据报道,表明该离子液体吸收剂具有丙烯吸收速率快、吸收选择性大、解吸操作简单等优点,该吸收剂在分离丙烯-丙烷方面展现出了良好的应用前景。在本文,我们基于Aspen Plus软件,开发了基于离子液体的丙烯-丙烷分离新工艺,进行了流程的模拟优化,并与丙烯双塔精馏工艺进行了对比研究,为离子液体分离丙烯-丙烷新技术的推广应用建立基础和指导。具体的研究内容和结论如下:
  选取丙烯和丙烷进料组成分别为87.6mol%、12.4mol%,进料量为5000kg/h,用Aspen Plus软件完成丙烯双塔精馏工艺流程的模拟优化计算,丙烯双塔精馏工艺的塔板数为220块塔板,分别为T101塔的120块塔板、T102塔的100块塔板;获得最佳工艺参数为:T102塔的质量回流比为14,T101塔的塔釜采出量为725kg/h。丙烯双塔精馏工艺在最佳工艺参数条件下运行时,丙烯产量为4.25t/h,纯度为99.51mol%,分离工艺的总能耗折合成标准煤时为290kg/h,标准煤热值为8.50GJ/h,单位质量丙烯能耗为2.0GJ/t C3H6。
  离子液体吸收分离丙烯-丙烷新工艺,选用Ag(I)基离子液体BmimBF4-(0.25M)AgBF4作为吸收剂,借助于文献数据和系统估算补充完善吸收剂的数据库,随后用Aspen Plus软件完成离子液体吸收分离工艺流程的模拟优化计算,吸收塔塔板数为12块塔板;获得的最佳工艺参数为:吸收剂温度为298K;吸收压力为7bar;解吸塔1的压力为1bar;解吸塔2的温度和压力分别为308K、0.1bar。离子液体工艺在最佳工艺参数条件下运行时,丙烯产量为4.24t/h,纯度为99.52mol%,分离工艺的总能耗折合成标准煤时为197kg/h,标准煤热值为5.78GJ/h,单位质量丙烯能耗为1.36GJ/t C3H6。
  最后,通过对比分离过程中的能量消耗发现,每生产1t的丙烯,离子液体吸收分离工艺比丙烯双塔精馏工艺节省能耗达到32%。因此,有望在化工生产过程中选用离子液体吸收分离工艺分离丙烯-丙烷混合物。

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