基于AspenPlus的低浓度含氧煤层气低温精馏的模拟研究

针对低浓度煤层气深冷液化工艺,使用化工流程模拟软件Aspen Plus,对低温精馏过程进行了模拟研究,发现当原料气入口流量为552 kmol/h,精馏塔压力为0.34 MPa时,塔底液态甲烷的纯度为99%。分析了抽采煤层气流量波动对低温精馏效果的影响,发现当煤层气流量降低时,塔顶氮氧尾气中的甲烷含量增加,并且处于爆炸界限内;随着煤层气流量增加,塔底甲烷的纯度和回收率均降低。     

用于甲醇与乙腈体系分离的变压间歇精馏模拟优化

为了有效降低排放废水的COD及原料成本,采用变压间歇精馏工艺以分离由甲醇和乙腈形成的最低共沸物。针对甲醇和乙腈共沸物,基于Txy相图以分析分离该共沸物系的可行性,并借助Aspen Plus和Aspen Dynamics模拟软件对工艺流程进行构建,即以年度总费用最低为目标,优化工艺的进料组成、液体分率、操作压力等参数。结果表明,当进料组成中甲醇含量为85 mol%、液体分率为0.5、低高压塔操作压力分别为1 atm和3 atm时,年度总费用(268514美元)最低。基于以上参数,分离后的甲醇-乙腈共沸物系中各组分的纯度均高于99.9 mol%;甲醇产品罐中,甲醇纯度最终达到99.96 mol%,持液量为80.15 kmol;乙腈产品罐中,乙腈纯度最终达到99.999 mol%,持液量达到15.6 kmol。     

间歇共沸精馏分离异丙醇-水体系的研究

以异丙醇-水体系为原料,环己烷为共沸剂,采用间歇共沸精馏方法分离异丙醇,考察了塔顶和塔釜共沸剂回流比(1∶1、1∶3、1∶5)对分离效果的影响。实验结果表明:当共沸剂塔顶回流的回流比为1∶5时,分离得到的异丙醇浓度可以达到99.5%(质量分数);异丙醇的收率最高,最大收率可达78%。     

费托合成水中混合醇初步分离工艺的实验与模拟

针对费托合成水中混合醇的分离问题,提出了利用隔壁塔(DWC)精馏技术初步分离混合醇的工艺。在忽略隔板传热的情况下,利用DWC小试实验装置进行了实验研究,并通过Aspen Plus模拟软件利用四塔模型严格模拟计算用于混合醇初步分离的DWC工艺。根据DWC小试实验参数进行模拟设定,并以产品关键组成和塔内温度分布为依据对比模拟与实验结果,进而验证了模拟过程的准确性。以寻求精馏过程再沸器热负荷最小值为目标,并将产品分离要求作为约束条件,使用序列二次规划(SQP)优化方法结合灵敏度分析工具对常规精馏序列工艺和DWC工艺进行参数优化。通过分析最佳参数条件下常规精馏序列工艺和DWC工艺的温度分布和关键组分浓度分布,对常规精馏序列工艺中间组分的返混现象和DWC工艺模拟过程忽略隔板传热的可行性做出了阐述。基于公平的优化模拟结果,分析对比了常规精馏序列工艺和DWC工艺的经济性和二氧化碳(CO_2)排放量。结果表明,DWC工艺相比常规精馏序列工艺可降低47.8%的能源消耗和47.8%的CO_2排放量,并且减少24.1%的设备总投资成本(C_(TI))和47.5%的年度总运营成本(C_(TO)含量),从而使年度总成本(C_(TA))降低了43.8%。因此,将DWC技术应用于费托合成水中混合醇的分离具有非常显著的优势。     

含钛高炉渣钛提取中酸解率影响因素的研究

采用硫酸法对含钛高炉渣进行钛提取,对影响含钛高炉渣酸解率的因素进行了实验室研究,确定了最佳工艺参数。结果表明,影响酸解率最重要的因素为酸浓度、酸渣比和反应时间;在含钛高炉渣细度300目、酸渣比（1.8~2.2）∶1,硫酸浓度85%,反应时间40 min,熟化温度160 ℃,熟化时间4 h,浸取浓度50 g/L,浸取时间8 h,浸取温度50 ℃的条件下,酸解率在85%以上,并可得到总钛浓度50 g/L以上的合格钛液。对钛液进行水解、水解产物经煅烧后得到的TiO₂其品位超过了98%。     

旋流连续离心分选机对赤铁矿分级的响应曲面法优化分析

旋流连续离心分选机是基于旋流离心分离技术和流化床分选原理开发的新型分选设备。研究采用旋流连续离心分选机,针对赤铁矿进行分级试验,分析并确定了不同粒级赤铁矿分级的主要影响因素和最佳工艺参数。在试验研究的基础上,通过响应曲面法分析了旋流连续离心分选机工艺参数间的交互作用对赤铁矿分级效率的影响,并进行了参数优化,优化后的工艺条件为给料压力51.35kPa、反冲水压力12.14kPa、底流口压力32.27kPa,在此条件下,试验验证得到粗粒级(+0.074~-0.15mm)和细粒级(-0.074mm)赤铁矿的分级效率的平均值分别为68.19%和53.12%的良好指标,这一结果与预测值基本一致且分级效果比较好。本研究为响应曲面法应用于赤铁矿等矿石的分级提供了一定的参考和借鉴。     

一种高收率、低消耗生产混合氯化稀土的工艺──高温烧碱法

本研究克服了传统烧碱法耗碱量高（NaOH:矿=1．2-1．4）,碱分解时间长（＞8h）,要求精矿纯度高（70％）,回收率不高（＜75％）等缺点。我们实现的工艺参数为NaOH：矿=0．8,碱分解时间3h,精矿纯度±50％,总收率为85％,是目前生产混合氯化稀土成本最低,收率最高的方法之一。     

HYSYS在含氧煤层气液化分离中的应用研究

在煤矿开采过程中采出的煤层气因含有空气难以加工利用,直接放空,不仅污染大气环境,而且浪费燃气资源。针对某典型含氧煤层气气源,设计了一种氮—甲烷膨胀制冷的液化精馏工艺,并利用HYSYS进行了模拟计算,结果显示,该工艺可较彻底除去氮气、氧气等杂质,获得较高浓度的甲烷产品,甲烷回收率达到99.99%。同时分析了回流比、塔板数以及入塔温度对塔底产品含氧量和甲烷含量的影响。     

反应精馏水解草酸二乙酯的研究

通过自行设计的反应为精馏塔实验装置,探讨了反应精馏耦合技术水解草酸二乙酯的新工艺,得到了优化的工艺条件:在进料量为50mL/h、反应温度110℃、原料水酯比为20:1及回流比为4:1时,草酸二乙酯的水解率可达到98.5%以上。     

某铀矿重力浮选富集精矿酸法搅拌浸出工艺研究

对某铀矿重力浮选富集的精矿进行酸法搅拌浸出试验,以确定其浸出工艺参数。试验结果表明:分别采用MnO2+FeSO4·7H2O和KMnO4作氧化剂,均能达到较好的浸出效果。前者浸出工艺参数为:浓硫酸用量6%(与矿石质量比),液固体积质量比2L/kg,浸出温度50℃,浸出时间2h,MnO2用量3%(与矿石质量比),FeSO4·7H2O用量2%(与矿石质量比)时,浸出率98%;后者浸出工艺参数为:浓硫酸用量5%,液固体积质量比2L/kg,浸出温度40℃,浸出时间1.5h,KMnO4用量(与矿石质量比)1.5%时,浸出率95%。经比较分析,前者比后者浸出总成本节约1/3以上,因此,确定该富集精矿采用MnO2+FeSO4·7H2O作氧化剂,按其最佳工艺参数进行搅拌浸出。     

铜电解脱铜后液除Ni并制取粗硫酸镍

为了解决铜电解液中杂质元素镍的积累问题, 采用蒸发结晶工艺除镍并制取粗硫酸镍。考察了蒸发速率、保温时间、冷却温度、冷却速率对产品质量的影响以及反应釜真空度和蒸汽压力对蒸发速率的影响, 得到的最优工艺条件为: 反应釜真空度70~82 kPa, 蒸汽压力0.26~0.34 MPa, 脱铜终液蒸发速率275~325 L/h; 保温时间10 h; 冷却温度35 ℃, 冷却速率40 ℃/h。在此条件下得到的粗硫酸镍产品Ni含量为20%, 镍直收率90%, 脱铜后液中镍含量降低了34.81%。     

低浓度煤层气吸附过程的模拟

采用Aspen Adsorption软件对CH4 和N2 分别为30%和70%低浓度煤层气的吸附过程进行模拟,得到吸附柱出口CH4 和N2 浓度随时间的变化关系和吸附柱轴向负载分布,考察压力、温度和传质系数对甲烷吸附过程和穿透曲线的影响。研究结果表明：对甲烷出口浓度的模拟值与实验值基本吻合,甲烷在吸附时间3 000 s时达到饱和,吸附量为6.75×10 -4 kmol/kg,约为氮气吸附量的2倍;甲烷穿透曲线随压力的增大后移,从100~500 kPa的穿透时间从392 s延至2 187 s。温度在273~323 K甲烷的穿透曲线基本不变;传质系数远小于1.000 s -1 时对吸附性能影响较大,传质系数为0.001 s -1 时的穿透时间约为0.010 s -1 时的两倍,但其大于1.000 s -1 后对穿透曲线几乎没有影响。     

陕北中低温煤焦油中酚类化合物的提取与GC/MS分析

以陕北中低温煤焦油为原料,考察其中酚类化合物的组成与分布情况。首先将煤焦油的轻油和重油蒸馏切割成170~240、240~270、270~300 ℃三个馏分;采用酸碱抽提法提取各馏分中的酚油;利用GC/MS分析了酚油中酚类化合物的组成与分布。结果表明：轻油3个馏分酚油共鉴定出75种酚类化合物,在170~240 ℃酚油中鉴定出56种酚类化合物,占该酚油质量的92.87%;重油3个馏分酚油中共鉴定出81种酚类化合物,在170~240 ℃酚油中有酚类化合物60种,占该酚油质量的93.80%。轻油和重油中所含酚类化合物主要为低级酚、C3-C4烷基苯酚、茚酚、苯二酚、萘酚和烷基萘酚。     

高位巷抽采负压对瓦斯及煤自燃协同防治的影响

高位巷抽采负压为影响采空区瓦斯及煤自燃复合灾害防治的关键因素之一,为确定合理的抽采负压,结合某矿401102综放工作面瓦斯易超限及自然发火实际情况,采用ANSYS数值模拟及现场实测方法,研究高位巷抽采负压对瓦斯抽采效果及煤自燃"三带"分布的影响,并进行工程实践。结果表明:抽采负压对采空区复合灾害防治有显著影响,负压由0.5 kPa增至3.5 kPa,瓦斯抽采纯量增加21.02 m^3/min,相比"U"型通风,高位巷负压3 kPa时,氧化升温带宽进风侧扩大17 m,中部与回风侧分别缩小14 m和11 m;提出了合理抽采负压范围的界定方法,确定负压波动区间为[0.951 6,2.558],最佳点为2.558 k Pa。煤层采用高位巷抽采方式时,合理设定抽采负压能够保证采空区瓦斯及煤自燃灾害的耦合防治。     

桃山矿胶结充填管道输送系统充填试验

为了解决桃山矿三井工作面充填开采过程中出现的堵管以及管道的高磨损率等问题,运用流体力学理论,结合该工作面的实际情况,采用自流+泵送的管道输送技术进行了工业试验,并利用ANSYS模拟分析了在速度2.0 m/s时,不同料浆浓度、管径对全程管压的影响。模拟结果表明:既定输送速度下,在合理的可控范围内且易于输送时的充填料浆浓度、管径取值范围分别为52%、140~180 mm时,输送管压分别为134.561 kPa、130.053~138.759kPa。根据模拟结果进行的工业试验表明,堵管和高磨损率等问题得到了解决,充填开采取得良好的效果,有效地控制了顶底板的变形,降低了顶板的下沉量,减少对环境的破坏,验证了该管道输送系统是一种"安全、经济、环保、可靠"的充填采煤系统,为该矿以及类似条件下的矿山充填开采提供了借鉴。     

粗锌中锌的真空蒸馏蒸发动力学研究

本文针对粗锌中金属元素的蒸发行为,选取Cd-Zn、Bi-Zn和Bi-Sn-Zn体系进行了真空蒸馏蒸发动力学实验,测定了合金中组元锌的蒸发速率。用Langmuir公式计算了锌的蒸发速率,结果与实验相吻合,表明了该方法的可行性。计算了三种合金体系中锌的凝结系数,关联了组元活度系数,解释了合金体系中组元间相互作用对元素蒸发速率的影响,研究结果对粗金属真空蒸馏分离提纯及实验设备的优化设计具有指导意义。      

铟-锡合金真空蒸馏气-液平衡研究

在系统压力5 Pa～10 Pa、蒸馏温度1470 K～1570 K条件下,开展了铟-锡（In-Sn）二元合金真空蒸馏实验研究,结果表明随着蒸馏温度升高,液相中In含量从14.31 wt. %降至0.01 wt. %,表明真空蒸馏可有效分离In-Sn合金。采用分子相互作用体积模型（MIVM）计算In-Sn合金组元的活度,计算值与实验值的平均标准偏差分别为±0.0113、±0.0154,平均相对偏差分别为±11.8134%、±11.7322%,表明采用MIVM预测In-Sn合金组元的活度是可靠的。在此基础上,采用MIVM预测In-Sn合金体系的气-液平衡（VLE）数据,并与实验值进行对比,二者吻合,表明采用MIVM预测铟基合金体系的VLE是可靠的,可用于指导真空蒸馏分离铟基合金。本研究将模型预测与真空蒸馏实验相结合,不仅验证了MIVM的可靠性,还优化了真空蒸馏分离铟基合金的工艺参数,为真空蒸馏分离提纯铟基合金或处理含铟复杂物料提供指导。     

硫化铜精矿氧化焙砂还原熔炼研究

对高品位硫化铜精矿氧化沸腾焙砂进行了还原熔炼实验研究, 首先将硫化铜精矿在沸腾炉中进行氧化焙烧, 然后将焙砂在添加炭质还原剂及石英、氧化钙等条件下进行还原熔炼。实验结果表明, 该硫化铜精矿在850 ℃, 氧化焙烧2 h得到的氧化焙砂, 在1 350 ℃下还原熔炼20 min可得到熔炼产品粗铜, 自熔渣熔炼时, 粗铜品位为88%~95%, 铜直收率为96%~98%; 加石英熔炼时, 粗铜品位为95%左右, 铜直收率为97%左右; 加CaO熔炼时, CaO 4%~9%, 粗铜品位为95%~97%, 铜直收率为93%~96%。     

赵庄矿高抽巷抽采负压优化模拟研究

为研究高抽巷抽采负压对治理采空区瓦斯的影响并寻求最优抽采参数,以赵庄矿1309工作面为背景,通过数值计算得到布置垂高应为25m,平距应为20m。通过FLUENT软件对进行高抽巷不同抽采负压条件下的数值模拟,并采用UDF程序定义采空区参数使模拟结果接近实际。模拟结果表明：在无抽采模型下,工作面上隅角瓦斯浓度最高可达18%,影响安全回采。高抽巷抽采条件下增大抽采负压,采空区瓦斯浓度降低,上隅角附近的低瓦斯浓度区域由不存在逐渐扩大。高抽巷瓦斯体积分数及抽采纯量在抽采负压高于20kPa后增量趋于平缓。为保证抽采效果同时避免采空区漏风,确定合理抽采负压为20kPa。现场实测高抽巷瓦斯抽采纯量平均为43.93m/min,与模拟结果基本吻合。