缔合体系汽液液相平衡数据热力学一致性校验方法研究

摘要

汽液液相平衡（VLLE）数据是进行非均相共沸精馏的工艺设计及改造的基础数据。但是，目前汽液液相平衡数据十分匮乏，造成数据匮乏的原因是汽液液相平衡实验装置中两液相的混合效果均很难保证充分混合传质，会造成平衡温度波动，很难达到真正的三相平衡状态。另外，汽液液相平衡体系有高度的非理想性，尤其是体系中存在缔合组分时，缺乏普遍适用的数据计算和质量检验方法，目前还没有适用于含缔合体系的汽液液相平衡数据的热力学一致性校验方法。
　　本文通过分析现有热力学一致性校验方法和缔合物系的特点，结合Hayden-O’connell方法和Wisniak热力学一致性校验方法，引入汽相逸度系数修正汽相非理想性，建立含缔合体系汽液液相平衡热力学一致性校验方法。用改进的Wisniak热力学一致性校验方法校验了含缔合组分的8组二元汽液平衡数据，并与Herington面积法结果进行对比，结果全部通过了两种方法的检验。校验了水-乙酸-甲乙酮体系汽液平衡数据和水-乙酸异丙烯基酯-乙酸体系汽液液平衡数据，除了水-乙酸-甲乙酮体系的一个共沸数据点，其余全部通过了热力学一致性校验，解释了共沸数据点没有通过一致性校验的原因，并给出了改进的Wisniak热力学一致性校验方法的适用范围。
　　针对现有汽液液相平衡装置中两液相混合效果不理想的情况，在分析现有混合机理和设备的基础上，研究了静态混合器的压力降和混合效果的关系，结果证明可以将静态混合器引入到相平衡设备中。在分析现有汽液和汽液液相平衡装置的基础上，建立了一套汽液液相平衡装置，并用文献数据进行了测试校验。结果表明，实验值与文献值相吻合，新的相平衡测定装置可以准确地测定汽液液相平衡数据。
　　结合丙烯酸精制过程中需要解决的非均相共沸精馏法脱除乙酸的需求，解决目前缺乏常压下水-乙酸-夹带剂体系数据的问题，测定了常压下水-环己烷-乙酸体系数据，并用新的热力学一致性校验方法检验了数据质量。结果表明，所有数据点的D3，符合热力学一致性校验，可以为脱除乙酸工艺改造提供可靠的热力学基础数据。

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第一章 文献综述

1.1课题背景

1.2非均相共沸精馏

1.3汽液液相平衡机理

1.4汽液液相平衡测定方法

1.5汽液液相平衡理论及数据校验

1.6本文研究目的及内容

第二章 缔合体系汽液液相平衡数据热力学一致性校验

2.1缔合体系的相平衡

2.2汽相非理想性校正

2.3液相非理想性校正

2.4 Aspen Plus 软件

2.5缔合物系相平衡一致性校验方法

2.6本章小结

第三章 汽液液相平衡实验装置

3.1汽液液相平衡装置优劣性判据

3.2汽液相取样结构设计

3.3循环结构设计

3.4液相混合部件设计

3.5相平衡装置整体设计

3.6本章小结

第四章 相平衡实验数据测定方法

4.1实验装置

4.2分析仪器及试剂

4.3实验数据测定方法

4.4实验步骤

4.5装置可靠性检验

第五章 汽液液相平衡数据测定与分析

5.1校正因子测定

5.2汽液液相平衡数据测定

5.3本章小结与误差分析

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

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