缑玉洁 开题报告.doc

理工学院毕业论文开题报告 题 目: DMF回收工艺中钯碳催化剂的应用性能研究 学生姓名： 缑玉杰 学 号： 09L0101224 专 业： 化学工程与工艺 指导教师： 许永权(讲师) 2013年3月15日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册）；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2010年2月26日”或“2010-02-26”。 8 毕业论文开题报告1.文献综述1.1 DMF的物化性质DMF是一种无色、有淡胺味的液体。分子式为C3H7NO，结构式为：分子量为73.10，相对密度0.9450.950，熔点-60.43，沸点152.8，闪点57.78，蒸汽密度2.51，蒸汽压0.49kPa(3.7mmHg25)，自燃点445。蒸汽与空气混合物爆炸极限2.2%-15.2%。能与浓硫酸、发烟硝酸剧烈反应甚至发生爆炸。易燃，遇明火、高热或与氧化剂接触，有引起燃烧爆炸的危险1。 化学性质 在无酸、碱、水存在下，即使加热到沸点也是比较稳定的。在酸的作用下分解成甲酸和二甲胺盐，而在碱的作用下则分解成甲酸盐和二甲胺：HCON(CH3)2+H2O+H+HCOOH+NH2(CH3)2+ 式（1） HCON(CH3)2+OH-HCOO-+ NH(CH3)2 式（2）受紫外线作用分解成二甲胺与甲醛，加热到350左右分解成二甲胺与一氧化碳2。与盐酸形成比较稳定的等摩尔的加合物，其熔点为40，沸点为1103。与SO3也能形成结晶性质加合物，其熔点为138，沸点145，DMFSO3可作为缓和的磺化剂和硫酸化剂使用。与POCl3、COCl2、SOCl2等形成的加合物可在电子密度高的芳香环上引入CHO基（Vilsmeier反应）。P2O5在室温下不溶于N，N-二甲基甲酰胺，但在40以上形成稳定的络合物后，在室温即能溶解，而不发生沉淀。在金属的存在下加热是发生激烈反应并放出氢气。与三乙基铝在0也能发生激烈反应。也能与Grignard试剂反应。与酰氯与酸酐发生反应是生成二甲酰胺的衍生物： 式（3） 式（4）N，N-二甲基甲酰胺在自由基引发剂存在下与烯烃发生下列反应4：式（5）1.2 DMF的废水来源N，N-二甲基甲酰胺(DMF)是一种化学性质稳定、沸点高、性能优良的有机溶剂，除卤代烃以外，能与水及多数有机溶剂以任意比互溶，由于其良好的溶解能力有“万能溶剂”之称5，且DMF又是一种重要的农药医药中间体，多种气体的吸收剂，因此DMF具有广泛的应用领域。在农药上，用以合成杀虫脒6；在医药上，用以合成磺胺嘧啶、强力霉素、可的松和维生素B6等药物；在石油化工中，用作气体吸收剂，用以分离和精制气体，如丁二烯抽提；作为重要的有机溶剂，DMF广泛应用于PU革和聚氯乙烯(PVC)生产7。因此在以上化工产品生产过程排出的废水中含有大量DMF，每年仅制革行业排放的含DMF废水约1亿吨。但生产过程中排放的废液内DMF浓度相对较低，如使用目前国内简单的DMF回收装置，由于能耗高，回收处理费用昂贵，使得工厂没有直接经济效益。如果将DMF废液直接排放到外界环境中，不仅是经济上的损失，而且造成严重的环境污染。1.3 DMF的毒性及回收必要性DMF可以经过呼吸道、消化道和皮肤进入人体内，具有一定毒性。其危害主要有：在0.102mgm3以下暴露32周，引起恶心、呕吐、腹部绞痛、肝大；高浓度引起高血压、食欲下降、便秘并伤肝、肾；长期暴露会刺激皮肤，引发皮疹8。为了消除废水对环境的影响，也为了降低生产成本，必须对DMF废水进行回收并循环使用或作为副产品出售9。 而DMF废水回收工艺中一个重要步骤就是抑制DMF分解促进甲酸分解。催化剂作为一种高效和重要的工业用品，选用合适的催化剂用于甲酸分解，会大大提高甲酸的分解速度，从而降低生产成本，提高经济效益，具有深远的意义。1.4 DMF废水处理方法及回收工艺目前国内DMF废水的处理方法主要有物化法（精馏、吸附、萃取）、溶剂萃取法、活性炭吸附法、生化法10、化学法11（碱化法）。当废水中DMF 含量较低时，可用活性炭对其进行吸附，使之从废水中去除，吸附饱和的活性炭用大于其一倍重量的二氯甲烷处理，并可回收DMF。胡湖生等用萃取-吸附法处理DMF废水，萃取率达到98.16%，处理后出水达到国家一级排放标准12。对较高浓度的废水（特别是含CaCl2的水溶液），可用二氯甲烷、氯仿、二氯苯、苯、环己酮或苯甲醚作萃取剂对DMF进行回收。对DMF废水蒸馏回收DMF时，中和剂采用碳酸钙，以避免DMF的分解。向含 DMF的废水中加入氢氧化钠，使之发生水解反应生成二甲胺和甲酸盐，用空气赶出二甲胺，并用富氧空气进行焚烧，使之转化为氮和二氧化碳，而液相中的甲酸盐可以直接进入制革废水处理系统，通过生化方法进行处理13。国内的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的回收方法14-15从刚开始的工艺到现在经历了双塔、传统三塔、节能型三塔、五塔DMF回收工艺。现将回收工艺的流程介绍如下：三塔采用连续精馏，自蒸发器来的DMF蒸汽在初馏塔中脱除DMF中的甲醇、二甲胺水份后，靠自压进入真空精馏塔，在塔中将DMF中的铁、钠离子分离后，DMF经过真空精馏塔出料泵加压后进入气提精馏塔顶部与从制氮装置来的0. 65MPa高纯氮气，经计量减压到0.35 MPa后进入气提精馏塔底部与塔顶下来的液体进行逆流接触，将物料中的微量二甲胺脱除，由塔底出来的产品一部分经计量后送入塔顶作为回流喷淋液；另一部分则经塔底液面自动调节进入产品冷却器，冷却到45后经pH在线分析仪后送到产品中间槽。五塔DMF回收工艺含DMF的制革废水由原料供给槽进入第一浓缩塔脱水浓缩，浓缩后的溶液进入第二脱水塔继续脱水浓缩，然后进入精馏塔精馏，粗DMF进入脱酸塔后脱除甲酸，由于塔釜液内甲酸含量较高16，所以脱酸之后的塔釜液进入酸分解塔进一步分解甲酸为一氧化碳和水，精制后的DMF送储罐。 图1 五塔DMF回收工艺流程示意图国外的回收方法有所改进使用四塔工艺，例如意大利的PIC公司没有酸分解塔17，在常压条件下经过脱酸塔，甲酸就能完全分解，节省了能耗和材料。经检测，该公司的脱酸塔的填料中含有与国内填料不同的元素，即该公司添加了某种催化剂使甲酸的分解速度加快，使脱酸能力加强。 图2 改进后的四塔工艺流程图1.5 结 语近年来，我国聚氨酯(PU) 革行业迅猛发展，各生产厂努力挖潜降耗，提高市场竞争力。二甲基甲酰胺(DMF)是湿法PU革厂大量使用的溶剂，主要用于配料稀释，待完成凝固过程并溶于水中后，再利用配套的回收装置将DMF回收出来循环重复使用12。DMF的回收不仅可以减少对环境的污染，而且还可以给工厂带来经济效益13。通过在脱酸塔中添加催化剂将分解甲酸的能力大大增加，去掉酸分解这一步。不但降低了能耗、节省了资本，而且能使回收工艺得到优化。参考文献1 陈运根，姜一飞.DMF的应用与生产J.化工催化剂及甲醇技术,2004,5(2)：15-19.2 苏红梅,张继新.甲酸分子的紫外光解.化学物理学报,1999,12(5).3 曲晶心，陈均军回收及处理合成革厂废水中DMF方法的研究进展J.西部皮革，2009,21(31):34-38.4 周科衍有机化学实验M北京：高等教育出版社，20035 刘兴泉，唐毅，戴汉松，等.N，N-二甲基甲酰胺的生产与应用J.化工科技，2006，10(1)：46-49.6 潘志彦，金红茂，王春能，等.二甲基甲酰胺环境标准浓度值的研究J.环境科学与技术，2007，2(5)：37-38.7 陈钧强，张幸.二甲基甲酰胺毒性的研究进展J.浙江省医学科学院学报，2004，58(12)：39-41.8 王为, 谢凯娜.制革厂中影响DMF废水回收的方法.中革,2005,(19):36-379 宋姗姗,张林生.DMF废水回收.江苏环境科技, 2007,20(3):67-7010 乌锡康.有机化工废水治理技术J.北京：化学工业出版社，1998.11 Akasaki，Masateru.Treatment of dimethylformamideP.JP4018983,1992.2.23.12 傅荣兴.从DMF 废水中回收DMF 方法的简介J. 化工环保，199（5）:312- 313.13 王文峰.NiO催化甲酸分解机理的密度泛函研究.催化学报，2004，25（2）：129-132. 陈砺，张宇安.操作压力与精馏节能.节能,1996,(2):25-27.14 王乐夫.二甲基甲酰胺的生产与应用.广东化工,1993,(2):20-22.15 王洪记.二甲基甲酰胺的生产和应用.陕西化工,1996,(2):16-18.16 陈砺，张宇安.操作压力与精馏节能.节能,1996,(2):25-27.17 王正岩.二甲基甲酰胺新合成工艺的研究.氯碱工业，2003，12(12).本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径：2.1 本课题研究目的本课题研究目的是选取钯碳催化剂抑制DMF分解促进甲酸分解，并与镍锌催化剂作对比，将此种催化剂应用到DMF回收五塔工艺中的脱酸塔内，使甲酸在脱酸塔内就得到完全分解，将五塔工艺优化。本课题研究的重点是采用钯碳做催化剂，分析对甲酸催化分解率的影响，同时研究催化剂回收后的催化效果，再通过对催化剂的改性，找出适宜的方法延长催化剂的使用寿命，使甲酸在脱酸塔内达到最佳分解效果，提高DMF回收率，降低生产成本,达到高效节资，更好的用于工业生产。2.2 研究方法在实验室条件下，模拟废水组成，制备一定浓度的甲酸-水、甲酸-DMF及甲酸- DMF-水溶液。安装回流装置，在常压条件下，甲酸溶液中