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本课题主要任务是对费托合成的水相副产物中具有共沸组成的低碳混合醇—水体系进行分离。随着我国煤液化工业的迅速发展,在获得大量液体燃料的同时,将生产万吨级的水相副产物,其中含有80%(Wt%)以上的水,其它组分为酸、酮、低碳醇等含氧有机物。本工作利用流程模拟软件计算、优化,确定了整个分离流程的工艺参数,并利用自主设计的实验塔进行了低碳混合醇—水体系的分离研究。 本论文首先对费托合成水相副产物中经过前段含氧有机物分割后剩余的低碳混合醇(主要包括甲醇、乙醇,正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇及少量戊醇等,即C1-C5醇)与水的混合液的物系特点做了比较深入的剖析,提出了分离水相副产物中具有共沸组成的低碳混合醇—水体系的全流程的构想。然后通过模拟软件Aspen Plus进行了分离流程模拟计算和优化,为实验塔的建立和实验方案的确定提供了依据。 本论文完成了两个塔的搭建、实验和相同工艺参数条件下的模拟工作:(1)实验塔身由分离塔节、萃取剂进料辅助塔节、辅助塔节组成。分离塔节内装不锈钢θ网环填料,实验过程中可以根据需要,灵活调整塔高度。萃取剂辅助塔节内装不锈钢θ网环填料起进料、回收萃取剂的双重作用。辅助塔节可以用来原料液进料、测温、取样,塔身不同塔段位置的测温和取样,为研究塔内的浓度分布和温度分布提供数据,为与流程模拟结果比较提供了数据依据;(2)乙醇萃取精馏精制塔:塔顶产品为质量含量≥97%的乙醇,塔釜为水、异丙醇和萃取剂乙二醇的混合液,待后续塔分离。设备参数:塔高20块理论板(自上而下编号,包括再沸器,不包括冷凝器),原料液进料位置为第14块板,萃取剂进料位置为第4块板;操作参数:回流比为3,剂料比为1.4,采出率D/F为45.0%。由于塔径较小的缘故,操作过程中塔内稍有液泛,降低了塔板分离效率,导致塔顶产品乙醇含量稍低,比模拟值小1%左右;(3)丁醇和异丁醇分离塔:采用间歇全回流方式进行分离实验,塔顶为异丁醇质量含量≥99.2%,然后将实验条件输入流程模拟软件Aspen Plus中的BatchSep模块,实验和模拟的浓度分布和温度分布基本吻合,证明这些模型可望用于工业装置的设计和优化。