《化工设计概论》讲座-2化工开发设计3

1、2.6.2 脉冲萃取塔的开发设计朱明乔浙江大学化工系2009-目 录一、课题的提出二、解决课题的初步方案三、实验中碰到的问题四、实验过程中问题的解决五、实验结果和讨论六、放大设计七、生产运行八、展望九、论文和成果2009-一、课题的提出课题背景己内酰胺，锦纶-6单体拉西（Raschig）法工艺为主，占90%生产工艺路线简介分离精制苯萃取，巨化集团公司锦纶厂含有510%己内酰胺的残液排放掉，既污染了环境，又损失了己内酰胺产品技术指标残液处理能力：600L/h残液分离要求：6.4%（wt）降到1%以下2009-二、解决课题的初步方案ASPEN PLUS流程模拟软件工厂原有的分离方案及技术改造失败的

2、原因剖析国内外的研究及分离技术的调研萃取率提高的关键问题提出提高传质效率工业化过程中的基础数据获得及放大规则确立的方案2009-三、实验中碰到的问题液液平衡数据的设计和测定方法脉冲萃取塔的小试设计和加工脉冲发生器的设计和加工小试实验流程的建立进出物料组成的确定小试脉冲萃取塔性能测试点的分布中试实验流程的建立和试验方案2009-四、实验过程中问题的解决(1)液液平衡数据实验条件创造实验点的分布分析方法确定脉冲萃取塔小试脉冲筛板及连接脉冲筛板柱和填料柱脉冲发生器的选择与改进实验流程2009-四、实验过程中问题的解决(2)脉冲萃取塔小试实验点性能测试脉冲萃取塔中试中试方案确定2009-五、实验结果和

3、讨论(1)液液平衡研究结果2009-五、实验结果和讨论(2)液液平衡研究结果2009-五、实验结果和讨论(3)液液平衡研究结论（1）测定了7套与己内酰胺残液回收有关的液液平衡数据：20、30、40下己内酰胺-水-苯体系；20、30下己内酰胺-水-硫酸铵-苯体系；pH=2、4下己内酰胺-水-硫酸铵-硫酸-苯体系。其中后6套体系未见文献报道。（2）在温度2040范围内，温度升高对己内酰胺萃取回收有利。（3）在pH=26范围内，pH升高对己内酰胺萃取回收有利。（4）在己内酰胺水溶液中加入硫酸铵，对己内酰胺萃取回收有利。2009-五、实验结果和讨论(4)脉冲萃取塔小试结果脉冲筛板萃取塔液泛试验脉冲筛板

4、萃取塔操作稳定性考察萃取比对己内酰胺水溶液萃取效果的影响脉冲筛板萃取塔操作性能测试正交试验2009-五、实验结果和讨论(5)脉冲萃取塔中试操作现象2009-五、实验结果和讨论(5)脉冲萃取塔中试操作稳定性考察2009-五、实验结果和讨论(6)脉冲筛板萃取塔表观传质单元高度关联2009-六、放大设计(1)在设计萃取塔时，系统的相平衡数据、两相的物性参数，以及萃取操作的温度、两相始末浓度与流量，通常都是已知的。设计计算的内容是使所确定的塔径与塔高，满足化工工艺对生产能力和分离效能的要求。塔径的放大对液体力学状况的影响很小，故计算液泛流速时不必考虑塔径的大小。但塔径增大加剧了流浪分布不均匀与逆向混和

5、，因此从模型塔测得的传质单元高度，用以计算工业塔时，须按下式校正（经验）：工业塔的传质单元高度，m；模型塔的传质单元高度，m；工业塔的直径，m；模型塔的直径，m。 2009-六、放大设计(2)实验得到：2009-六、放大设计(3)1、塔径计算2、有效塔高计算3、塔内部件设计及加工塔板设计分离段设计脉冲系统设计4、脉冲系统结构2009-生产装置2009-脉冲系统结构2009-七、生产运行2009-八、展望国际上已有专业性的溶剂萃取期刊定期出版，而且每23年有一次世界性的溶剂萃取国际学术会议（ISEC）在不同国家轮流举行。随着能源和资源利用、生物和医药工程、环境工程和高新材料开发的进展，以及对传统

6、化工萃取技术的改造，脉冲萃取塔的应用将会更多。溶剂萃取具有处理能力大、选择性好、操作方便、能耗较低和回收率高等优点。专利的推广及带动新型萃取技术的开发2009-九、论文和成果(1)项目己内酰胺生产装置废液回收中试项目，作为巨化集团公司2001年重点技术攻关项目，列入2001年公司科研开发计划（巨化集团公司）巨化5kt/a己内酰胺装置废液回收中试研究课题，作为浙江省重点攻关项目列入2001年省科学技术研究计划项目（省科技厅）2009-九、论文和成果(1)专利用于萃取的脉冲塔，申请日：2003,04, 30，授权日：2005,05,18，专利号：ZL 03 1 16771.3，证书号：208964

7、。用于萃取塔的脉冲发生器，公开号2477245，专利号：ZL 01 2 21114.1，申请日：2001,04,12，授权日：2002,02,20。用于脉冲萃取的筛板塔， 公开号 2477247，专利号：ZL 01 2 21108.7，申请日：2001,04,12，授权日：2002,02,20。 2009-九、论文和成果(2)奖励用脉冲筛板塔回收残液中的己内酰胺小试，通过鉴定，浙科鉴字2000379，2000.9。己内酰胺装置废液回收中试技术，通过巨化集团公司评审，填补国内空白。脉冲筛板塔回收废液中己内酰胺技术改造项目，获巨化集团公司2001年度科技进步一等奖、省科技进步二等奖等。论文Xie

8、F.Y., Zhu M.Q., Liu J.Q., He C.H. Extraction of Caprolactam from Ammonium Sulfate Solution Using Pulsed Packed Column , Chinese J. Chem. Eng.(Special Issue), in press2009-九、论文和成果(3)He C.H., Liu J.Q., Xie F.Y., Zhu M.Q. Recovery of Caprolactam from Waste Water in Caprolactam Production Factory using

9、Pulsed-sieve-plate Extraction Column, Chinese J. Chem. Eng., in pressHE Chaohong, ZHU Mingqiao LIU Jianqing, and XIE Fangyou. Scale-up Effect of Pulsed Sieve-Plate Column for Recovering Caprolactam from Waste Water, Proceedings of CKCSST01, Oct. 31-Nov.2 2001, Hangzhou ChinaZHU Mingqiao, HE Chaohong

10、, LIU Jianqing, and XIE Fangyou. Extraction of Caprolactam from Ammonium Sulfate Solution Using Pulsed Packed Column Proceedings of CKCSST01, Oct. 31-Nov.2 2001, Hangzhou China2009-九、论文和成果(4)效益以该研究成果为核心技术的己内酰胺脉冲筛板塔回收残液技改项目，回收己内酰胺年新增经济效益120多万元；排放废水中的COD从原110000mg/l降至60000 mg/l，年减少COD排放800t/a以上，年减少处理费

11、用100多万元，有较好的经济效益和环保效益。其它研究的影响2001国家自然科学基金：批准号，20176049；从植物中高效地提取分离黄酮类化合物的基础研究，200220042002年国家自然科学基金申请及省自然科学基金申请：己内酰胺合成的绿色催化研究中石化其它的绿色催化研究2009-THANK YOU!2009-生产工艺路线比较分子筛+H2SO4 -(NH4)2SO4+NH2OH+H2SO4 - -(NH4)2SO4+H2O2+NH3 TS-1+O2+O2+H2O H-ZSM-5+O2+3H2 Ru催化剂+3H2苯苯环己烷环己烯环己醇环己醇环己酮环己酮环己酮肟环己酮肟己内酰胺己内酰胺尼龙66尼

12、龙66尼龙6尼龙6Classical routeNew route2009-精制分离流程简图硫铵萃取塔粗油萃取塔苯来自蒸苯塔去蒸苯塔硫铵溶液粗油2009-2009-2009-2009-脉冲筛板萃取塔液泛试验2009-脉冲筛板萃取塔操作稳定性考察2009-萃取比对己内酰胺水溶液萃取效果的影响2009-操作性能测试正交试验2009-操作性能测试正交试验正交表应用计算表如下表所示。2009- L9（34）正交表应用计算表（以表观传质单元高度HTUoxp为试验目标）列号1234因素进料量qF，L/h萃取比Rm脉冲振幅a，cm脉冲频率f，s-1传质单元高度Hoxp，m试验号水平11（3.5）1（5）3（

13、0.64）2（1.0）Hoxp1=0.30222（6.2）11（0.38）1（0.83）Hoxp2=0.47933（8.9）12（0.51）3（1.25）Hoxp3 =0.324412（6）21Hoxp4=0.38652233Hoxp5=0.31363212Hoxp6=0.414713（7）13Hoxp7=0.32382322Hoxp8=0.34393331Hoxp9=0.358IjIIjIIIjkjIj / kjIIj / kjIIIj / kj极差（Dj）1.0111.1351.09630.3370.3780.3650.0411.1051.1131.02430.3680.3710.3410.0301.2161.0530.97330.4050.3510.3240.0801.2231.0590.96030.4080.3530.3200.0882009-正交试验结论通过极差分析和单因素分析可知，在试验范围内，当料液流量适中即qF=6.2L/h，脉冲频率较大、脉冲振幅较大，两者可用脉冲强度来衡量，萃取比适中，可选择试验范围任何一点，此时所得到的传质单元高度HTUoxp较小，而萃取比Rm对传质单