氯甲烷尾氣綜合回收工藝設(shè)計與優(yōu)化

【摘要】：氯甲烷是丁基橡膠合成的重要溶劑。在溶劑循環(huán)精制過程中,以尾氣排放掉的氯甲烷約占溶劑總量的十分之一,進(jìn)一步回收尾氣中的氯甲烷,已成為企業(yè)重點(diǎn)考慮的問題。排放的三股尾氣中鈍化尾氣與其他尾氣組成存在顯著差異,組成中含有大量二甲醚(25mo1%),且與氯甲烷沸點(diǎn)極為接近,難以通過常規(guī)手段分離,所以將其單獨(dú)處理；而另兩股尾氣氯甲烷濃度(其一：3.5 mo1%；其二：20 mmo1%)差異較大,根據(jù)這一特點(diǎn),進(jìn)行梯級回收處理。因此,本文的工作主要分為以下兩個部分：(1)氯甲烷與二甲醚的沸點(diǎn)非常接近,難以精餾分離,工業(yè)上通常利用濃硫酸與二甲醚的反應(yīng)來提純氯甲烷,分離費(fèi)用高,且存在安全隱患。根據(jù)兩種氣體與H+形成氫鍵能力的差別,提出以水為吸收劑脫除氯甲烷中的二甲醚。為了吸收過程的準(zhǔn)確模擬與優(yōu)化,利用二甲醚-氯甲烷、二甲醚-水、氯甲烷-水三個二元體系的相平衡數(shù)據(jù)比較了UNIQUAC、NRTL 和 NRTL-RK三種組分活度系數(shù)評估模型的準(zhǔn)確性。結(jié)果表明,NRTL-RK模型的評估結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合度更高,平均相對偏差小于2.5%。在此基礎(chǔ)上,使用NRTL-RK模型預(yù)測三元體系的氣液相平衡,分析了不同溫度和壓力條件下水對氯甲烷和二甲醚的分離系數(shù)和溶解度影響,發(fā)現(xiàn)隨著液相中二甲醚含量的增加,水溶液性質(zhì)逐漸偏向二甲醚,增加了氯甲烷溶解度,導(dǎo)致分離系數(shù)不斷降低,尤其是低溫時較為明顯,并從熱力學(xué)角度給出水吸收二甲醚適宜的溫度、壓力范圍。在以上研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計以水為吸收劑的吸收-解吸工藝,對鈍化尾氣中氯甲烷進(jìn)行回收處理。采用Aspen Plus模擬軟件對工藝進(jìn)行模擬優(yōu)化,考察了吸收塔壓力、吸收劑溫度、解吸塔壓力對二甲醚吸收率、氯甲烷損失率及再生能耗的影響,優(yōu)化結(jié)果表明,氯甲烷回收率達(dá)到95.7%,純度為99.1 mo1%,單耗僅為0.016￥·kg-1。此外,水吸收工藝避免了腐蝕性吸收劑濃硫酸的使用,更加安全清潔高效。(2)針對于濃度差異的常規(guī)氯甲烷尾氣,直接混合回收,使得物料返混,分離能耗增加。因此,設(shè)計壓力梯級利用、氯甲烷梯級濃縮的壓縮冷凝-膜-PSA耦合回收流程。其工藝特點(diǎn)：膜分離裝置濃縮低濃度氯甲烷,壓縮冷凝回收高濃度氯甲烷,PSA深度脫除氯甲烷。對工藝進(jìn)行模擬優(yōu)化,考察了冷凝溫度對氯甲烷吸收率的影響以及膜面積對壓縮冷凝裝置和PSA裝置負(fù)荷的影響。結(jié)果表明：膜面積增大,有利于減少PSA裝置負(fù)荷,同時可增加壓縮冷凝進(jìn)氣氯甲烷流量。通過經(jīng)濟(jì)效益核算,優(yōu)選膜面積80 m2、冷凝溫度-35℃,可實(shí)現(xiàn)回收率為99.25%,放空氣中氯甲烷含量小于40 g/m3,創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益近111萬元。 【關(guān)鍵詞】：氯甲烷 二甲醚 NRTL-RK模型 吸收工藝 耦合工藝 工藝優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X783
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 引言10-11
• 1 文獻(xiàn)綜述11-25
• 1.1 氯甲烷簡介11-15
• 1.1.1 氯甲烷廢氣的危害11-12
• 1.1.2 氯甲烷性質(zhì)及制備方法12-13
• 1.1.3 氯甲烷循環(huán)精制工藝13-14
• 1.1.4 氯甲烷尾氣來源及組成14-15
• 1.2 氯甲烷氣體的回收方法15-18
• 1.2.1 氯甲烷/惰性氣體體系的回收方法16-17
• 1.2.2 氯甲烷/二甲醚分離方法17-18
• 1.3 化工過程模擬18-23
• 1.3.1 化工過程模擬的發(fā)展簡介18-19
• 1.3.2 化工過程模擬軟件的構(gòu)成19-22
• 1.3.3 化工過程模擬的應(yīng)用22-23
• 1.4 選題意義及研究內(nèi)容23-24
• 本文研究路線框圖24-25
• 2 吸收工藝熱力學(xué)模型篩選與預(yù)測25-39
• 2.1 相平衡計算的理論基礎(chǔ)25-26
• 2.2 VLE數(shù)據(jù)與熱力學(xué)模型26-29
• 2.2.1 VLE數(shù)據(jù)26
• 2.2.2 熱力學(xué)模型26-29
• 2.3 二元體系VLE擬合及熱力學(xué)模型篩選和模型參數(shù)回歸29-33
• 2.3.1 VLE擬合評價標(biāo)準(zhǔn)29-30
• 2.3.2 熱力學(xué)模型篩選及參數(shù)回歸30-33
• 2.4 DME-H_2O-CH_3Cl三元體系預(yù)測分析33-37
• 2.4.1 壓力對DME和CH_3Cl在水中溶解度的影響33-34
• 2.4.2 溫度對DME和CH_3Cl在水中溶解度的影響34-36
• 2.4.3 溫度和氣相DME含量對分離系數(shù)的影響36-37
• 2.5 本章小結(jié)37-39
• 3 鈍化尾氣分離回收氯甲烷的工藝設(shè)計與優(yōu)化39-50
• 3.1 工藝流程模擬39-42
• 3.1.1 鈍化尾氣分離工藝流程39-40
• 3.1.2 單元模塊40
• 3.1.3 物性方法40
• 3.1.4 模擬方法40-41
• 3.1.5 影響水吸收DME分離工藝吸收效率的因素41-42
• 3.2 模擬結(jié)果分析42-48
• 3.2.1 吸收塔級數(shù)和吸收劑溫度42-45
• 3.2.2 解吸塔操作壓力45-46
• 3.2.3 DME吸收率46-48
• 3.3 水吸收法回收鈍化尾氣中氯甲烷工藝的經(jīng)濟(jì)性分析48-49
• 3.4 本章小結(jié)49-50
• 4 常規(guī)尾氣梯級耦合回收工藝設(shè)計與優(yōu)化50-61
• 4.1 膜-壓縮冷凝-PSA耦合回收氯甲烷方案設(shè)計與優(yōu)化50-51
• 4.1.1 膜-壓縮冷凝-吸附耦合回收氯甲烷方案設(shè)計50-51
• 4.1.2 膜-壓縮冷凝-吸附耦合回收氯甲烷回收工藝流程51
• 4.1.3 影響耦合工藝回收效率的因素51
• 4.2 工藝流程模擬51-55
• 4.2.1 單元模塊51-54
• 4.2.2 物性方法54
• 4.2.3 經(jīng)濟(jì)效益計算54-55
• 4.3 模擬結(jié)果分析55-60
• 4.3.1 冷凝溫度對氯甲烷回收率及公用工程的影響55-56
• 4.3.2 膜面積對壓縮冷凝模塊進(jìn)氣組成與流量的影響56-57
• 4.3.3 膜面積對吸附模塊進(jìn)氣組成與流量的影響57
• 4.3.4 膜面積對公用工程的影響57-58
• 4.3.5 膜面積和冷凝溫度的優(yōu)化58-60
• 4.4 本章小結(jié)60-61
• 結(jié)論61-62
• 論文創(chuàng)新點(diǎn)與展望62-63
• 參考文獻(xiàn)63-67
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況67-68
• 致謝68-69

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