带共沸的乙醇/乙酸乙酯/2-丁酮三元物系变压精馏分离过程及其参数优化

提出了一种带两股循环的三塔变压精馏结构用于分离乙醇(C_2H_5OH)/乙酸乙酯(C_4H_8O_2-3)/2-丁酮(C_4H_8O-3)三元混合物。由该三元混合物的剩余曲线图(RCM)可知,在大气压下该混合物的每一对组元均形成二元最低共沸物,且乙醇/乙酸乙酯二元共沸物组成随压力变化敏感。三个最低共沸物的同时存在形成了精馏边界线夹紧点现象,而通常压力下的精馏塔无法跨越,以至于传统变压精馏无法应用。通过对精馏塔压力的最优化克服了这一困难,提出了新的分离流程,并对过程进行严格稳态模拟。针对初分塔(T1)塔压不同的6种流程,采用序贯迭代法对各塔的塔板数、进料板位置、回流比等参数进行了优化。通过对比6种流程的经济评价和比较,得到了T1塔的最优压力,并经过能量集成使得过程的年度总费用降低了14.88%。     

费托合成水相副产物混合醇分离： 馏分切割工艺设计及控制

费托合成水相副产物主要为C₁~C₈醇（甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇和辛醇）与水的混合物,其中水的质量分数高达95%,且C₂~C₈醇与水均形成最低共沸物。此类醇水混合物的完全分离虽具重要价值,但难度大、能耗高,一直是学界和工业界的关注热点。本研究充分利用C₂~C₃醇水混合物的均相共沸物特性和C₄~C₈醇水混合物的高度非均相共沸物特性,提出两塔-侧线分相器工艺：通过侧线精馏塔实现C₁~C₃醇水、富C₄~C₈醇水和水的精准馏分切割;富C₄~C₈醇水混合物通入分相器以打破精馏边界,其中富水相返回侧线精馏塔,富醇相进入汽提塔,得到无水C₄~C₈醇混合物。基于年度总成本（total annual cost,TAC）的稳态优化表明,与常规三塔粗分流程相比,两塔-侧线分相器工艺能够降低TAC 14.79%,节约能耗15.96%。进一步,建立了两塔-侧线分相器工艺的控制结构,动态模拟表明,结合浓度控制器与前馈比例的控制结构表现出良好的控制性能。     

具有最低共沸点难分离物系变压精馏分离

变压精馏是根据物系压力改变引起液体混合物共沸点组成变化,进而使共沸物系得以分离的一种有效分离方法。具有最低共沸点的液体混合物分离是化工过程中常见的分离难题。本文在热力学分析基础上研究了四氢呋喃与乙醇、环己烷与苯混合物这类典型的最低共沸液体混合物的变压精馏可行性,提出变压精馏分离四氢呋喃-乙醇液体混合物工艺流程,以NRTL-RK为物性计算方法,利用Aspen Plus模拟软件对变压精馏分离工艺过程进行分析及模拟,并对工艺参数进行优化。结果表明:在常压塔和8atm高压塔组成的双塔流程中变压精馏能将四氢呋喃-乙醇最低共沸混合物进行较好的分离,指出本文提出的研究方法可为具有最低共沸点液体混合物分离工艺的建立提供更加有效的指导。     

四氢呋喃-乙醇变压精馏分离

共沸混合物分离是化工过程中常见的分离难题。变压精馏是根据物系压力改变而使液体混合物共沸点组成发生变化,进而使共沸物系得以分离的一种有效分离方法。在热力学分析基础上,提出了四氢呋喃-乙醇液体混合物变压精馏分离双塔工艺流程。以NRTL-RK为物性计算方法,利用Aspen Plus模拟软件对变压精馏分离工艺过程进行分析及模拟,并对工艺参数进行优化。研究结果表明:在常压塔和0.8 MPa高压塔组成的双塔流程中变压精馏可将四氢呋喃-乙醇最低共沸混合物进行较好的分离。     

共沸精馏分离2-甲基吡啶和水

采用共沸精馏的方法分离2-甲基吡啶和水二元均相共沸物系。选取环己烷作为共沸剂,利用流程模拟软件Aspen Plus对共沸精馏塔进行模拟计算,分析了不同共沸剂用量、塔底采出量以及进料位置等操作参数对产品纯度、共沸剂的损失量以及精馏塔热负荷的影响,模拟结果表明当精馏塔的塔板数为21,共沸剂的用量为3600kg/h,塔底采出量为888kg/h,原料进料位置在第15块板时,共沸精馏塔塔底可得到质量分数为99.54%的2-甲基吡啶,塔顶分相罐下层可采出质量分数为99.97%的水。最后,通过间歇共沸精馏实验对以环己烷为共沸剂分离2-甲基吡啶-水物系的效果进行检验,结果表明共沸精馏塔塔底2-甲基吡啶的质量分数达99.85%,塔顶水相可采出质量分数达99.96%的水,证明了该工艺路线具有良好的可行性。     

乙醇-乙酸乙酯体系的间歇萃取精馏研究

在常规的间歇萃取精馏实验装置中,研究了以N,N-二甲基酰胺(DMF)和二甲亚砜(DMSO)作萃取剂;在间歇萃取精馏塔中分离乙醇-乙酸乙酯体系的过程。对全回流时间、不同萃取剂、恒沸物组成、溶剂和混合物的体积比、加盐及加碱等因素考察,分析萃取精馏分离乙醇-乙酸乙酯共沸体系的影响,从而得出最佳的萃取条件。     

共沸精馏分离乙醇-异丙醇

为了分离乙醇-异丙醇混合物,研究了共沸精馏在乙醇-异丙醇物系中的应用。根据共沸剂的选取原则选定出1-己烯作为共沸精馏分离乙醇-异丙醇混合物的共沸剂,使用ASPEN模拟软件模拟连续和间歇共沸精馏分离乙醇-异丙醇工艺流程,并通过间歇共沸精馏实验考察了所选共沸剂的分离效果。结果表明：使用1-己烯作为共沸剂能成功的分离乙醇-异丙醇混合物;采用有30块理论板的填料塔,回流比为25,共沸剂1-己烯与乙醇的质量比为4∶1,塔釜异丙醇的质量分数达到99.77%。     

离子液体分离乙酸乙酯-乙醇共沸体系研究进展

乙酸乙酯(EA)是一种用途广泛且需求量较大的精细化工产品。在乙酸乙酯的生产中存在大量乙酸乙酯与乙醇的混合物,乙酸乙酯与乙醇两者易形成共沸物,普通的精馏方法无法有效分离两种物质。离子液体因其良好的物理、化学性质和对环境友好,结构可灵活调节,在化工萃取分离方面有良好的表现。对离子液体分离乙酸乙酯混合物研究进展进行介绍,总结了单一离子液体、混合离子液体对共沸物系的分离效果,并对离子液体分离共沸物的机理进行研究。     

共沸精馏分区特性的研究

简单蒸馏剩余曲线区域边界可近似描述连续共沸精馏的分区特性。提出确定共沸精馏分区边界位置的数学模型,以乙醇-氯仿-丙酮三元物系为例进行了计算,并用连续精馏塔实测浓度分布数据验证计算结果的可靠性和实用性。     

基于剩余曲线分析和变压精馏分离氯仿-乙腈-乙醇三元体系

利用剩余曲线初步分析氯仿、乙腈和乙醇三元混合物的分离过程。在分离过程中,选择氯仿作为初步分离的共沸剂,根据剩余曲线分析计算得到额外加入氯仿与原料液的最佳质量比为0.64,在此条件下混合物的初步分离过程中,塔顶产物为氯仿-乙醇共沸物,塔底产物为乙腈。再利用变压精馏分离氯仿和乙醇共沸物,高压塔和低压塔压强分别为600 kPa和101.325 k Pa。最后利用Aspen Plus对工艺进行模拟和优化,得到最佳操作条件。结果表明,氯仿、乙腈和乙醇的质量含量均大于99%,符合设计要求。     

A pillared-layer metal-organic framework for efficient separation of C3H8/C2H6/CH4 in natural gas

Metal-organic frameworks (MOFs) have great potentials as adsorbents for natural gas purification. However, the trade-off between selectivity and adsorption capacity remains a challenge. Herein, we report a pillared-layer metal-organic framework Ni(HBTC)(bipy) for efficiently separating the C₃H₈/C₂H₆/CH₄ mixture. The experimental results show that the adsorption capacity of C₃H₈ and C₂H₆ on Ni(HBTC)(bipy) are as high as 6.18 and 5.85 mmol·g^-1, while only 0.93 mmol·g^-1 for CH₄ at 298 K and 100 kPa. Especially, the adsorption capacity of C₃H₈ at 5 kPa can reach an unprecedented 4.52 mmol·g^-1 and for C₂H₆ it is 1.48 mmol·g^-1 at 10 kPa. The ideal adsorbed solution theory predicted C₃H₈/CH₄ selectivity is as high as 1857.0, superior to most of the reported materials. Breakthrough experiment results indicated that material could completely separate the C₃H₈/C₂H₆/CH₄ mixture. Therefore, Ni(HBTC)(bipy) is a promising material for separation of natural gas.     

C2H6/C3H8影响CH4爆炸极限参数及动力学特性研究

为研究C₂H₆/C₃H₈对甲烷爆炸极限参数及动力学特性的影响,采用标准的可燃气体爆炸极限测定装置测定了不同配比的C₂H₆/C₃H₈混合气体对甲烷爆炸极限的影响规律,同时得出了氮气惰化条件下甲烷爆炸临界参数的变化规律。此外,利用Chemkin软件模拟了C₂H₆/C₃H₈混合气体对甲烷爆炸过程中中间产物浓度的影响情况,并进行了敏感性分析。结果表明,C₂H₆/C₃H₈的存在降低了甲烷的爆炸上下限,增大了甲烷的爆炸危险度;在氮气惰化过程中甲烷的爆炸上限下降,爆炸下限上升,最终爆炸上下限重合,重合点处甲烷浓度和氮气临界浓度均随C₂H₆/C₃H₈的添加而逐渐减小;此外,C₂H₆/C₃H₈混合气体使甲烷爆炸过程中CO和·H的生成量逐渐增大,而CO₂、·O和·OH的生成量则有下降趋势,通过对爆炸过程中甲烷体积的敏感性分析,发现C₂H₆/C₃H₈的存在在某种程度上促进了甲烷爆炸。对比不同配比的C₂H₆/C₃H₈混合气体,发现C₃H₈含量越高,其对甲烷爆炸过程中相关参数的影响越大,这可为工矿企业的安全生产提供一定的理论依据。     

CH4/C2H6/C3H8在MOF-505@5GO上吸附相平衡和选择性

应用溶剂热法合成了不同氧化石墨烯（GO）负载量的MOF-505@GO复合材料,分别采用全自动表面积吸附仪、P-XRD、SEM和Raman对材料进行了性能表征,测定了CH₄、C₂H₆和C₃H₈在MOF-505@GO上的吸附等温线,并进行Langmuir-Freundlich方程拟合,依据IAST理论模型计算了C₂H₆/CH₄和C₃H₈/CH₄二元混合气在MOF-505@5GO上的吸附选择性。研究结果表明,随着GO负载量增大,MOF-505@GO复合材料的孔容及BET比表面积先增大后减小,当GO负载量为5%（质量）时,复合材料MOF-505@5GO的孔容及BET比表面积达到最大,当GO负载量进一步增大至8%（质量）和10%（质量）时,复合材料的孔容及BET比表面积逐渐降低。在0.1 MPa和298 K条件下,MOF-505@5GO对CH₄、C₂H₆和C₃H₈的吸附容量分别为0.88、4.81和5.17 mmol·g^-1,相比MOF-505分别提高了14.9%、30.7%和13.1%。MOF-505@5GO对C₂H₆/CH₄和C₃H₈/CH₄的吸附选择性分别为40.1和3056.1,其对C₂H₆/CH₄和C₃H₈/CH₄具有极高的吸附选择性。     

离子液体[BMIM][DBP]+水+甲醇/乙醇三元工质溶液蒸汽压的测量和预测(英文)

The ionic liquid, 1-butyl-3-methylimidazolium dibutylphosphate ([BMIM][DBP]) was prepared and the vapor pressures of three set of binary solutions H2O(1)/CH3OH(1)/C2H5OH(1) + [BMIM][DBP](2) were measured at different temperature and in the ILs mole fraction range from 0.1 to 0.6 with a static equilibrium apparatus. The measured vapor pressures were correlated with Non-Random Two Liquid (NRTL) activity coefficient model and the average relative deviations (ARD) between experimental and correlated vapor pressures for these binary solutions were 3.19%, 2.42% and 2.95%, respectively. Then, the vapor pressures of two set of ternary solutions H2O(1) + CH3OH(2)/C2H5OH(2) + [BMIM][DBP](3) were measured with an inclined boiling apparatus and further predicted with NRTL activity coefficient model based on the binary interaction parameters coming from fitting the vapor pressures of the binary solutions. The results indicated that the ternary solutions containing [BMIM][DBP] were shown a strong negative deviation from Raoult’s Law when the mole fraction of [BMIM][DBP] was larger than 0.2, which meant that ternary solutions could absorb the refrigerant vapors at the same or below solution temperature. Meanwhile, the average relative deviations between experimental and predicted vapor pressures for ternary solutions were 2.92% and 3.06%, respectively. Consequently, the NRTL active coefficient model used for non-electrolyte solutions was still valid for predicting vapor-liquid equilibrium of binary or ternary solutions containing ILs.     

Measurement and Prediction of Vapor Pressure for H2O+CH3OH/C2H5OH+[BMIM][DBP] Ternary Working Fluids

The ionic liquid, 1-butyl-3-methylimidazolium dibutylphosphate ([BMIM][DBP]) was prepared and the vapor pressures of three set of binary solutions H2O(1)/CH3OH(1)/C2H5OH(1)+[BMIM][DBP](2) were measured...     

Boosting selective C2H2/CH4, C2H4/CH4 and CO2/CH4 adsorption performance via 1,2,3-triazole functionalized triazine-based porous organic polymers

Nitrogen-rich porous organic polymers have shown great potentials in gas adsorption/separation, photocatalysis, electrochemistry, sensing and so on. Herein, 1,2,3-triazole functionalized triazine-based porous organic polymers (TT-POPs) have been synthesized by the copper-catalyzed azide-alkyne cycloaddition (Cu-AAC) polymerization reactions of 1,3,5-tris(4-azidophenyl)-triazine with 1,4-diacetylene benzene and 1,3,5-triacetylenebenzene, respectively. The characterizations of N₂ adsorption at 77 K show TT-POPs possess permanent porosity with BET surface areas of 666 m²·g^-1 (TT-POP-1) and 406 m²·g^-1 (TT-POP-2). The adsorption capacities of TT-POPs for CO₂, CH₄, C₂H₂ and C₂H₄, as well as the selective separation abilities of CO₂/N₂, CO₂/CH₄, C₂H₂/CH₄ and C₂H₄/CH₄ were evaluated. The gas selective separation ratio of TT-POPs was calculated by the ideal adsorbed solution theory (IAST) method, wherein the selective separation ratios of C₂H₂/CH₄ and C₂H₄/CH₄ of TT-POP-2 was 48.4 and 13.6 (298 K, 0.1 MPa), which is comparable to other adsorbents (5.6-120.6 for C₂H₂/CH₄, 10-26 for C₂H₄/CH₄). This work shows that the 1,2,3-triazole functionalized triazine-based porous organic polymer has a good application prospect in natural gas purification.     

不同CO2浓度下负直流电场对C3H8/O2/Ar/CO2预混火焰的影响规律

为了揭示电场对火焰效应与火焰传播速率的关系,在定容燃烧弹上研究了常温常压下、负直流电场（U=0、-5、-10 kV）对当量燃空比f为1.0的C₃H₈/O₂/Ar/CO₂预混火焰影响规律随混合气中CO₂掺混浓度（混合气中CO₂体积分数分别为0、10%、15%、20%）的变化关系。实验结果表明：给定加载电压,随着CO₂掺混浓度的增大,C₃H₈/O₂/Ar/CO₂预混火焰传播速率降低,规范化火焰变形率与平均火焰传播速率变化率均增大。当U=-10 kV时,CO₂掺混浓度为0、10%、15%、20%时对应的平均火焰变形率分别为1.01、1.31、1.80、3.12,平均火焰传播速度变化率分别为10.87%、17.87%、19.16%和34.63%。研究结果表明负直流电场对C₃H₈/O₂/Ar/CO₂火焰传播的促进效应随着火焰传播速率的降低而显著增强。     

温度对MOF-74(Ni)吸附分离丙烯丙烷机理和选择性的影响

采用水热法成功制备了MOF-74(Ni),使用PXRD、孔径分析对材料进行了表征,测定了材料在不同温度下的C₃H₆和C₃H₈吸附等温线,应用程序升温脱附技术估算了脱附活化能,并使用IAST理论预测了材料对C₃H₆/C₃H₈二元体系的吸附选择性。讨论了温度对吸附机理和吸附选择性的影响。结果显示,MOF-74(Ni)的BET比表面积高达1306 m²·g^-1。在298 K下,C₃H₆的吸附量高达7.4 mmol·g^-1。随着温度升高,C₃H₈的吸附量大幅降低,而C₃H₆的吸附量下降程度较小,导致材料对C₃H₆/C₃H₈吸附选择性升高。当温度为328K时,MOF-74(Ni)对C₃H₆/C₃H₈二元气体混合物的吸附选择接近12。程序升温脱附的实验结果显示,C₃H₆在MOF-74(Ni)上的脱附活化能大于C₃H₈,分别为68.92 kJ·mol^-1和50.80 kJ·mol^-1。C₃H₆是通过与MOF-74(Ni)的不饱和金属位点Ni²⁺以p络合作用方式吸附,作用力较强,而C₃H₈与Ni²⁺之间的作用力较弱。根据吸附机理不同的特点,适当提高温度,将有助于提高MOF-74(Ni)吸附分离C₃H₆/C₃H₈混合物体系的吸附选择性。     

反应吸附强化C2/C3烃水蒸气重整制氢反应热力学计算

为拓宽反应吸附强化水蒸气重整制氢（ReSER）原料的应用范围,采用化工流程模拟软件Aspen Plus,针对包括C₂H₄、C₂H₆、C₃H₆、C₃H₈ 的C2/C3轻烃 ReSER制氢反应可行性和优化条件进行热力学分析计算。在选择的反应压力0.1～5 MPa,温度200～800℃,水碳摩尔比（S/C）1～8和吸附剂中氧化钙和原料碳摩尔比（Ca/C）0～5条件下进行热力学分析计算。计算结果表明：在优选的水碳比（S/C）4,钙碳比（Ca/C）2.5,温度200～650℃,压力0.1～1.8 MPa的条件下, C₂H₄、C₂H₆、C₃H₆、C₃H₈均可分别通过ReSER反应获得H₂含量在95%以上的产物,产物中H₂浓度均随着水碳比和钙碳比的增大而提高。在假设的水碳比4,钙碳比2.5条件下,当CO₂脱除率达到0.9以上,C₂H₄、C₂H₆、C₃H₆、C₃H₈的反应温度分别高于250、400、250、350℃时,产物中H₂摩尔分数均可达到95%以上,产物中的H₂浓度随着反应温度的升高和CO₂脱除率的增加而提高。当CO₂脱除率低于0.9,产物H₂摩尔分数要达到95%时,C₂H₄、C₂H₆、C₃H₆、C₃H₈的反应温度均需升高50℃。在相同长度C链的烃类中,烯烃比烷烃更容易发生ReSER反应。而原料的碳链越长,则越容易发生ReSER制氢反应。     

Stable mixed metal-organic framework for efficient C2H6/C2H4 separation

In view of lacking efficient ethane-selective adsorbent for ethane/ethylene separation, a highly stable microporous mixed metal-organic framework, termed as MUV-10(Mn), was synthesized by the solvothermal method and it could efficiently separate C₂H₆/C₂H₄ mixture. The structure and morphology of synthesized material was confirmed by XRD, SEM, TGA and BET, etc. Selectivity and corresponding adsorption heat of C₂H₆ and C₂H₄ were calculated based on single component adsorption results measured in details. The results show that MUV-10(Mn) features C₂H₆/C₂H₄ selectivity about 1.42 and can absorb more C₂H₆ than C₂H₄ at room temperature. And it has high acid, alkali and water vapor stability. Addtionally, dynamic breakthrough experiment showed MUV-10(Mn) could extracted low concentration of C₂H₆ from C₂H₆/C₂H₄ mixture (V_{{\mathrm{C}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{6}}}\text{?}/\text{?}{V}_{{\mathrm{C}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}}=1∶9 and 1∶15) to collect C₂H₄ gas with high purity, which indicates the promising future of MUV-10(Mn) in C₂H₄ purification.