关键词：
萃取塔
界面张力
水力学性能
筛板浸润性
复合筛板
摘要：
费托合成是煤间接液化技术中一道重要的工序,其产物中包含一定量的高碳醇烃混合物。高碳醇烃沸点相近,工业上使用特殊精馏分离效果差,能耗高。乙醇水混合物被证明可以作为有效萃取剂用于进行萃取分离,得到的高碳醇具有较高的经济价值。。萃取过程中高碳醇-烃-乙醇-水体系界面张力低,分散相液滴呈现难聚并、易乳化的特点,极大地影响了萃取效率。搅拌筛板萃取塔同时具有搅拌段和澄清段,本文拟对其筛板材质进行选择,并对其开孔方式进行设计,促使分散相液滴进行有效的聚并再分散,进而提高其萃取效率。首先,论文测定了不同碳数高碳醇-烃-乙醇-水四元体系的界面张力,从热力学角度对不同体系进行界面张力计算,得到了界面组成,发现高碳醇-烃-乙醇-水四元体系在界面上存在高碳醇和乙醇的富集现象,界面张力计算值与实测值吻合较好,验证了理论计算的可行性,表明该法可用于不同碳数高碳醇-烃-乙醇-水四元体系界面性质的计算和预测。对庚醇-十一烷-乙醇-水四元体系,庚醇浓度增加并没有明显改变两相分配系数,但受极性与非极性基团影响界面处庚醇富集程度增大,乙醇富集程度变化不明显,界面张力减小;溶剂比的减小会导致庚醇两相分配系数的增大,庚醇和乙醇在界面处的富集程度均变化不明显,界面张力减小。不同碳数高碳醇-烃-乙醇-水四元体系的研究结果表明,随着碳数的增加,高碳醇两相分配系数增大,高碳醇和乙醇在界面处的富集程度均减小,界面张力减小。针对低界面张力体系难聚并、易乳化的特点,论文选取癸醇-十四烷-乙醇-水、正丁醇-丁二酸-水和环己烷-异丙醇-水三种低界面张力体系,分别采用聚四氟乙烯、聚氯乙烯、铝板以及304不锈钢作为筛板材料,对筛板浸润性与水力学性能的关系进行研究,发现搅拌段液滴平均直径受筛板浸润性影响较小,澄清段中浸润性好的筛板材料通过聚并得到大液滴所占体积要远大于小液滴所占体积,且浸润性越好,大液滴和小液滴体积比越大;引入材料吸附功概念,关联得到搅拌段和澄清段液滴平均直径经验公式,搅拌段关联式最大相对偏差为-18.05%,澄清段关联式最大相对偏差为19.38%;浸润性较好的材料分散相滞存率均较高,且高转速下能够在一定程度上抑制返混和液沫夹带,但不同浸润性材料的正常操作区间变化不明显。在上述研究基础上,为解决浸润性较好的材料在澄清段存在过多大液滴从而影响传质效果和操作通量的问题,设计出将不同浸润性的材料组合,并将开环与开孔相结合的新型复合环孔筛板。研究发现,最佳复合环孔筛板的结构为:浸润性较好的PTFE材料朝向搅拌段,浸润性较差的304不锈钢材料朝向澄清段,PTFE材料开孔,下筛板304不锈钢材料内圈开环外圈开孔,上筛板304不锈钢材料外圈开环内圈开孔。此时澄清段大液滴数量最少,同时拥有较高聚并效率以及分散相滞存率,传质性能最佳,操作通量也明显提升。进一步研究发现,较佳孔径为3mm,较佳开孔率为10%。
