新型萃取設(shè)備處理煤氣化廢水萃取脫酚過程流程模擬

新型萃取設(shè)備處理煤氣化廢水萃取脫酚過程流程模擬

????進(jìn)行化工過程模擬時，首先必須考慮的是選擇合適的熱力學(xué)方法。目前，熱力學(xué)方法已成為化工流程模擬是否成功的決定性因素。熱力學(xué)方法可以為單元過程的計(jì)算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如混合物的相平衡常數(shù)、焓、熵等數(shù)據(jù)均是由各種熱力學(xué)方法產(chǎn)生。缺少這些數(shù)據(jù)，單元過程計(jì)算就無法進(jìn)行;若這些數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，計(jì)算所得到的結(jié)果會與實(shí)際相差很大。熱力學(xué)方法的選擇主要根據(jù)所計(jì)算體系的性質(zhì)來確定，對于非極性體系，可采用狀態(tài)方程法或通用關(guān)聯(lián)式法;對于極性體系，多采用活度系數(shù)法或?qū)Ｓ玫臒崃W(xué)方法。

本文所建立的煤氣化廢水處理流程按照各個操作單元原理的不同，可分為萃取(萃取塔)和精餾(溶劑回收塔和溶劑氣提塔)兩個計(jì)算單元。其中萃取過程主要是萃取劑和含酚廢水的作用，因此考慮的是萃取劑一酚一水液液相平衡關(guān)系。精餾過程主要是通過氣液分離來回收溶劑，該部分主要考慮的是溶劑一酚(溶劑回收塔)和溶劑一水(溶劑氣提塔)之間的氣液液平衡關(guān)系。因此，各個部分需要的熱力學(xué)方法不同，需要分開討論。萃取單元由于煤氣化廢水的復(fù)雜性，以及Aspen Plus本身缺少相應(yīng)活度系數(shù)模型的交互參數(shù)，因此會導(dǎo)致模擬結(jié)果和實(shí)際結(jié)果相差很大。本文的萃取單元的計(jì)算主要是以實(shí)驗(yàn)結(jié)合模擬的方式來完成，即采用由相平衡數(shù)據(jù)回歸得到的NRTL模型的交互參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。而精餾單元的計(jì)算直接采用Aspen Plus自帶的NRTL模型進(jìn)行模擬計(jì)算。

煤氣化廢水萃取脫酚過程流程模擬

????在完成了萃取單元，溶劑回收單元和溶劑汽提單元模擬計(jì)算的基礎(chǔ)上，本文建立了完整的煤氣化廢水萃取脫酚流程，并對流程進(jìn)行了模擬計(jì)算。其中，詳細(xì)流程圖見圖4-9。

????從萃取劑儲槽B8過來的萃取劑(物流SOLVENT 1和添加的萃取劑(物流ADD-SOL混合之后和煤氣化廢水(物流WASTEWA)一同進(jìn)入萃取塔B1進(jìn)行逆流萃取。萃取后，有機(jī)相(物流ORG-PHAS進(jìn)入溶劑回收塔B3進(jìn)行萃取劑和酚類分離。從塔頂采出萃取劑(物流5}進(jìn)冷凝后小部分作回流液(物流11)，其余(物流12)進(jìn)入萃取劑儲槽B8循環(huán)利用;從塔底流出的酚類(物流6)經(jīng)換熱器B7冷凝后，作為粗酚產(chǎn)品。萃取后的水相進(jìn)入溶劑汽提塔B2。從塔頂采出的萃取劑與水的共沸物經(jīng)冷凝后進(jìn)入油水分離罐B4，分離的水相(物流18)進(jìn)入作為回流液進(jìn)入汽提塔，油相(物流17)進(jìn)入萃取劑儲槽B8;廢水(物流2)從塔底流出，經(jīng)冷卻后，送去生化處理。

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????針對某氣化廠在煤氣化過程中產(chǎn)生的高濃度含酚廢水，本文采用溶劑萃取法進(jìn)行預(yù)處理，使酚濃度降低到生化處理的要求。本論文通過對煤氣化廢水進(jìn)行萃取脫酚研究、液液相平衡關(guān)系和全流程模擬的研究，為工業(yè)上煤氣化萃取脫酚處理提供技術(shù)方法，主要得到以下結(jié)論:

????(1)針對煤氣化廢水的特點(diǎn)，本文綜合挑選和比較了幾種萃取劑的萃取性能、溶劑回收能耗和經(jīng)濟(jì)性等因素，并最終選定MTBE作為本次煤氣化廢水的脫酚萃取劑。在選定萃取劑之后，本文對萃取溫度、pH值等影響萃取脫酚效果的因素進(jìn)行了研究。確定較好的萃取工藝條件為:萃取溫度T=40-50℃?, ?pH=7-8 。在合適的萃取工藝條件下，本文開展了煤氣化廢水三級錯流萃取實(shí)驗(yàn)，確定了較為合適的油水相比為R=1:3-1:4 .

????(2)為了給煤氣化廢水萃取脫酚流程模擬和計(jì)算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，本文分別測定了三元物系MTBE一苯酚一水、MTBE一對苯二酚一水和四元物系MTBE一苯酚一對苯二酚一水的液液相平衡數(shù)據(jù)，并用活度系數(shù)模型NRTL和UNIQUAC對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，得到了這兩個模型的交互參數(shù)。兩個模型得到的計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值之間的均方根偏差很小，表明兩個模型的預(yù)測精度高。

????(3)本論文建立了煤氣化廢水萃取脫酚工藝流程，并對流程中各個單元的操作參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化。在萃取單元的計(jì)算中，采用熱力學(xué)方法NRTL模型，其二元交互參數(shù)來自液液相平衡數(shù)據(jù)回歸得到的數(shù)據(jù)。在溶劑回收單元和溶劑汽提單元的計(jì)算中，采用Aspen Plus自帶的NRTL數(shù)據(jù)庫。本論文對建立的煤氣化廢水工藝全流程進(jìn)行了模擬計(jì)算。結(jié)果表明，在常壓和40℃下，處理量為150t/hr的煤氣化廢水，在本論文確定的操作條件處理后，總酚濃度可由原來的12700mg/L ,降低到300 mg/L以下，水相中殘留的萃取劑濃度可降至26 mg/L左右，萃取劑的損失僅為3 . 8 kg/hr。全流程模擬中所確定的萃取脫酚單元、溶劑回收單元和溶劑氣提單元的操作參數(shù)，為煤氣化廢水萃取脫酚流程的設(shè)計(jì)和工業(yè)實(shí)施提供參考。

????(4)與現(xiàn)有流程相比，新流程在設(shè)備投資方面少于現(xiàn)有流程，所需的公用工程也少于現(xiàn)有流程。每處理1噸廢水，新流程的操作費(fèi)用比現(xiàn)有流程少，具有一定的經(jīng)濟(jì)可行性。

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