固体溶质在含夹带剂超临界co,2中相平衡及高效导向筛板技术的研究

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1、北京化工大学博士学位论文固体溶质在含夹带剂超临界CO<,2>中相平衡及高效导向筛板技术的研究姓名：李群生申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：张泽廷2003.4.28北京化工大学博十研究生学何论文教育部科学研究重点项目(00017)中国石化股份有限公司资助项目(X501021)固体溶质在含夹带剂超临界C02中相平衡及高效导向筛板技术的研究摘要本文主要进行了固体溶质在含夹带剂超临界C02中相平衡的研究以及高效导向筛板技术的研究两个方面的内容。，【固体溶质在含夹带剂超临界C02中相平衡的研究是超临界流体研究的重要内容，它为超

2、临界技术的发展和应用提供了重要依据oj本文首先在自行建立的超／临界流体相平衡装置中，测定了固体溶质苯甲酸、a-萘乙酸、B-萘酚、苯甲酸钠、苯偶姻、邻羟基苯甲酸(水杨酸)、对羟基苯甲酸、香兰素、维生素c、联苯二酸、没食子酸、季戊四醇等固体溶质在超临界二氧化碳中的溶解度，央带剂选用的是醇系列夹带剂乙醇、丙醇、丁醇、戊醇和其它极性央带剂丙酮、非极性央带剂环已烷等。I实验温度308．1--328．1K，实验压力10--30Mpa，实验获得了丰富的溶解度实测数据。夹带剂的加入对溶解度有明显的增强效果。本文根据实验结果，分析了夹带剂在超

3、临界相平衡中的作用机理，对碳原子数逐渐增加的醇类央带剂的影响进行了分析；对夹带剂的作用机理，如各向同性作用(即近程的分子问相互作用力，包括色散力、诱导力合静电力)、各向异性作用(即氢键或电子对给予体一电子对接受体之间的相互作用，包括氢键缔合作用、质子给予能力和接受能力、溶剂化缔合作用)等因素作了探讨；对不同基团的分子结构在溶解度中的作用进行了分析；结合实验数据对温度、压力等条件对超临界条件下溶解度的影响作了分析与讨论。I／本文应用物质的化学缔合反应理论，将高压下的溶质与溶剂的结合视为缔合反应，用反应平衡的方法得到了超临界条件

4、下含兴带剂和不合央带剂时固体溶质第1页北京化工火学博士研究生学位论文溶解度的缔合反应数学模型，该模型与文献数据和本文实验数据符合很好，明显优于文献模型。』超临界流体处于高度压缩状态，其许多性质与液体相近，本文还将超临界流体视为膨胀液体，利用溶液理论和Wilson方程，得到了描述超临界流体溶解度的溶液理论相平衡模型，该模型的精度明显好于文献模型。文中还介绍了统计缔合流体理论(SAFT)在超临界流体相平衡中的研究。本文的另一个研究内容是高效导向筛板技术。路板是目前分离过程中重要的、塔内件，开发高性能塔板对化工分离过程具有极为重要

5、的意义。在自建的中600mm有机玻璃塔内对高效导向筛板的各项流体力学性能进行有关实验研究，其中发现在高气速下当液体在降液管中的停留时问低至2．5秒时，仍没有观察到液泛现象，说明高效导向筛板可在不改动降液管的情况下大规模地提高塔设备的液相通量和生产能力。根据实验结果对高效导向筛板压降进行了关联与比较。得到了适用于工程设计的压降关联式和雾沫夹带关联式。实验认为漏液量随着筛孔气速的增大而减少，但漏液量随着液流强度的增大没有显著的变化。根据实验结果得到了漏液点计算关联式。通过理论研究与实验对照，认为高效导向筛板上从导向孔中水平喷出的

6、气体与板上液体之间的动量传递是有损失的，导向孔气体动量的有效利用率大约为30％～70％。通过有关流体力学实验，分析并探讨了高效导向筛板的结构特点，说明了导向孔在塔板上的布置特点，提出优化配置导向孔的高效导向筛板塔板。运用流体力学基本原理建立了高效导向筛板上液体流速分布的数学模型，采用Simple算法求解了该数学模型，计算结果令人满意。根据理论分析开发设计了高效导向筛板，具有生产能力大、分离效率高、塔压降低、结构简单、造价低廉特别是具有很强的抗堵性，在工业生产中应用本项技术，彻底解决了长期困扰工业生产的高粘度物料精馏、易自聚性

7、物料精馏、含粘性颗粒物料精馏、含发泡性物料精馏等的难题，在清洁物料精馏中也得到了广泛的应用。本成果近三年来已在工业中200多座精馏塔上进行了成功应用，技术改造一般是不变动塔体，仅用高效导向筛板替换原塔板，即可达到大幅度的扩产、节能、降低物料消耗和三废排放的目的，具有投资少、见效快、效益高的效果。第2页北京化工大学媾士研究嫩学位论文搬三年来不完全统计，本技术的成用在总投资约850万元的情况下，累计为国家和企业带来经济效益9．6亿元。累计减少化学物料排放羹约21270吨，减少永蒸汽消耗约为205万吨，节省冷却水6174万吨，网时

8、带来了巨大的社会效益和环保效益。史关键词：超临界，‘相平衡j溶解度，’模型>(缔含反应，。Wilson方程?SAFT理论，高效导向筛板i流体力学i精馏，‘节能降}V^第3页j￡束钝=l=大学蹲二}：骚究生学位论文StudyontheEquilibriaoftheSolidSolute--S