塔板技术应用研究进展

液化气脱硫工艺现状分析液化气脱硫工艺是指对液化石油气中的硫化氢进行脱除的工艺。

随着环保意识的增强和对环境污染的重视，液化气脱硫工艺在化工领域中变得越来越重要。

本文将对液化气脱硫工艺的现状进行分析，并对其发展趋势进行展望。

一、液化气脱硫工艺的主要方法液化气中的硫化氢是一种有害的气体，不但对人体健康造成危害，而且还会对大气环境造成污染。

对液化气脱硫的要求越来越高。

目前，液化气脱硫主要采用以下几种工艺方法：1. 化学吸收法：化学吸收法是通过将液化气通入含有分散在其中的化学吸收剂的吸收器中，利用吸收剂与气体中的硫化氢发生化学反应，从而将硫化氢从气体中脱除。

常用的吸收剂有醇胺、乙二胺等。

化学吸收法能够将硫化氢脱除率达到较高水平，但是需要消耗大量的吸收剂，并且在后续的再生过程中也需要投入大量的能源，造成了一定的能源浪费。

2. 生物脱硫法：生物脱硫法是指利用一些特定微生物对液化气中的硫化氢进行生物氧化反应，从而将硫化氢转化为硫酸盐或者硫，达到脱硫的目的。

生物脱硫法具有脱硫效率高、耗能低、对环境友好等优点，但是存在微生物生长慢、对气体成分要求高、操作复杂等缺点。

3. 传质脱硫法：传质脱硫法是指利用气液两相之间的传质作用，将液化气中的硫化氢传送到液相中去。

传质脱硫法的工艺简单、操作方便、成本较低，但是脱硫效率和适用范围相对较窄。

上述方法各有优缺点，并且适用于不同的工艺条件和需要。

在实际工程中，常常会根据具体情况选择合适的液化气脱硫工艺方法，或者进行工艺的组合应用。

随着对环境保护的要求日益提高，液化气脱硫工艺在制气、天然气液化、LPG储罐、地下储罐以及分装装置等领域中得到了广泛应用。

在我国，液化气脱硫工艺的现状包括以下几个方面：1. 技术水平不断提高：近年来，我国在液化气脱硫工艺方面的技术水平不断提高，大量技术装备和工艺设备逐步更新升级。

在传质脱硫、化学吸收脱硫、生物脱硫等方面都取得了一定的突破和进展。

2. 成本不断降低：随着液化气脱硫工艺技术的进步和成熟，其成本不断降低。

第50卷第4期辽 宁化工V〇1.50，No. 4 2021 年 4 月Liaoning Chemical Industry_________________________________A p ril，2021离子液体分离乙酸乙酯-乙醇共沸体系研究进展何鑫，张强，范雪萤，王丽达，李文秀(沈阳化工大学辽宁省化工分离技术重点实验室，辽宁沈阳丨10142)摘要：乙酸乙酯（E A)是一种用途广泛且需求量较大的精细化T产品=在乙酸乙酯的生产中存在大量乙酸乙酯与乙醇的混合物，乙酸乙酯与乙醇两者易形成共沸物，普通的精馏方法无法有效分离两种物质离子液体因其良好的物理、化学性质和对环境友好，结构可灵活调节，在化工萃取分离方面有良好的表现。

对离子液体分离乙酸乙酯混合物研究进展进行介绍，总结了单一离子液体、混合离子液体对共沸物系的分离效果，并对离子液体分离共沸物的机理进行研究关键词：共沸物分离；离子液体；萃取中图分类号：TQ028.3‘I文献标识码：A文章编号：1004-0935(2021 ) 04-0489-041简介1.1乙酸乙酯（E A)-乙醇纯净乙酸乙酯是用途最广的脂肪酸酯之一，具 有良好的溶解性是常用的工业溶剂和有机化工原 料，被大量用于工业产品的合成中；因其无毒的特 性也常被用于提取香料和药品。

E A的快干性，常 被添加在油漆和涂料中。

特殊的酯香味也会应用在 食品里。

随着我国实体经济的高速发展，E A成为 高消耗品，我国对E A的需求量几乎占到全世界需 求量的一半。

目前E A工业生产主要的方法有四种，分别是乙酸酯化法、乙酸/乙烯加成法、乙醛缩合法 和乙醇脱氢法。

世界各国工业发展和自然资源情况 不同选择生产工艺也不同，美国以直接酯化法为主，日本和欧洲则以乙醛缩合法为主。

从产能上看，国内外市场主要供应来自直接酯化法，大约占67.5%，我国当前主要也是采用该工艺。

在生产中为使价格 相对较高的乙酸达到最优转化率，常会加入过量的 乙醇，粗产品中主要是乙醇与E A的混合物。

异戊烯和甲醇反应制TAME研究进展摘要：甲基叔戊基醚（TAME）是生产无铅、含氧及高辛烷值新配方汽油的理想含氧化合物。

用CATAFRACT催化蒸馏技术高转化率地进行醚化反应，叔戊烯转化率可达92.7%-95.8%。

用水萃取法从剩余C5中回收甲醇，水萃取后剩余C5中甲醇含量<100μg/g，以上结果均达到当前国际先进水平。

关键词：异戊烯；甲醇；甲基叔戊基醚；醚化甲基叔戊基醚（TAME）（氧化法辛烷值RON为105，发动机辛烷值MON 为100）是继甲基叔丁基醚（MTBE）（RON为117，MON为102）之后又一生产无铅、含氧及高辛烷值新配方汽油的理想含氧化合物。

TAME的辛烷值虽略低于MTBE，但在蒸气压、水中溶解度等指标上要优于MTBE，而且生产TAME 还可减少汽油中与大气光化学活性高的碳五烯烃[1-2]。

TAME由C5馏分中的异戊烯和甲醇在催化剂作用下反应制得。

在异戊烯的三种异构体中仅2-甲基2-丁烯（2M1B）和2-甲基2-丁烯（2M2B）具有醚化反应活性，3-甲基1-丁烯（3M1B）没有醚化反应活性。

2M1B和2M2B又称叔戊烯。

所以又可以称TAME的合成为叔戊烯和甲醇的催化反应。

国外TAME技术开发始于20世纪80年代，自1988年德国Erdorchemie公司建成了世界上第一套规模为12kt/a的TAME生产装置后，TAME生产技术也在不断发展，目前，催化蒸馏合成TAME技术是最先进的技术，它具有单程转化率高、流程简单、投资省、能耗低的优点。

1 国内TAME研究情况我国TAME生产技术的研究始于90年代，抚顺石油学院、锦州石化研究院及北京石油科学研究院都进行了合成TAME的研究[3-7]。

1988年抚顺石油学院与抚顺石油二厂合作开发了轻汽油醚化技术，该工艺切取C5-C7轻汽油中以初馏点100℃左右的馏分为原料，采用D-72型大孔强酸性阳离子交换树脂为催化剂，在膨胀床反应器进行醚化反应。

第1章文献综述1.1.引言高效液相色谱（HPLC）作为分析化学中复杂体系分离分析的重要手段之一，在许多领域都有着广泛的应用。

蛋白质组学[1-4]、中药[1-3]、聚合物[4-6]、环境[7]和药物[8]等复杂体系的分离分析为各种色谱技术的发展带来了机遇和挑战。

蛋白质组学和中药等研究中样品体系极其复杂，采用传统的一维分离模式所能提供的分辨率和峰容量难以满足高效分离与高灵敏检测的要求[9, 10]。

Gidding等[11]指出，当样品中的组份数超过系统峰容量的时，样品在系统中便得不到良好的分离。

对于随机分布的样品，完全分离其中98%的组份，系统的峰容量需要是样品中组份数的100倍以上[12]，采用一维液相色谱进行分离时，分离500个峰需200万理论塔板/m（分离度1.5）的柱效[13]。

显然，我们不能寄希望于一维色谱分离能力能提高几个数量级[14]，因此，只能采取其他方法，如多维色谱分离系统。

多维色谱技术的历史可以追溯到1944年，Martin和同事利用纸色谱法[15]，在两次分析中，将流动相以直角的方式洗脱样品，第一次实现了二维的高效分离。

近年来，色谱工作者把主要的精力放在使用现代柱色谱技术代替薄层技术上。

柱色谱技术的优点包括重现性、速度、选择性和易用性，重要的是，柱色谱易于与其他检测技术相连，如质谱。

1978年，Erni和Frei[16]设计出了阀切换系统，构建了GPC/RPLC模式的二维色谱。

由于采样不足（切阀时间长达75 min），分离度有限，同时没有自动化的阀配置和数据转换过程，没有给出二维色谱图，因此并没有引起重视。

1987年，J. W. Jorgenson受J. C. Giddings的启发，开始研究复杂样品分析实用的多维色谱方法。

1990年[17]，Bushey和Jorgenson改进了Erni 和Frei的装置，构建了IEX/SEC二维系统，通过降低采样时间到6 min，以及协调两维间的流动相梯度和流量，实现了较高的正交性分离，并第一次以3D图的方式展现出来，实现了蛋白质的全二维分析，第一次展现了多维色谱的巨大优势。

塔设备设计课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握塔设备设计的基本原理和方法，能够运用所学知识进行简单的塔设备设计。

具体来说，知识目标包括：掌握塔设备的基本结构和工作原理；了解塔设备设计的基本理论和方法；熟悉塔设备的常用材料和计算方法。

技能目标包括：能够运用CAD等软件进行塔设备的绘图；能够进行塔设备的选型和计算；能够独立完成简单的塔设备设计。

情感态度价值观目标包括：培养学生的创新意识和团队合作精神；增强学生对工程实践的认知和兴趣；培养学生对塔设备设计和制造的热爱和敬业精神。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括塔设备的基本原理、塔设备的结构设计、塔设备的强度计算、塔设备的材料选择、塔设备的制造工艺等。

具体来说，教学大纲如下：1.塔设备的基本原理：包括塔设备的定义、分类和应用；塔设备的工作原理和性能指标。

2.塔设备的结构设计：包括塔设备的塔体、塔板、塔内件等的设计方法和步骤。

3.塔设备的强度计算：包括塔设备的压力容器强度计算、塔板的强度计算等。

4.塔设备的材料选择：包括塔设备的常用材料、材料的性能和选择原则。

5.塔设备的制造工艺：包括塔设备的制造流程、制造技术和质量控制。

三、教学方法为了实现本课程的教学目标，我们将采用多种教学方法，包括讲授法、案例分析法、实验法等。

具体来说：1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握塔设备设计的基本原理和方法。

2.案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解塔设备设计的具体应用和注意事项。

3.实验法：通过实验操作，使学生掌握塔设备的制造工艺和质量控制。

四、教学资源为了支持本课程的教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的塔设备设计教材作为主要教学资源。

2.参考书：提供相关的塔设备设计参考书籍，供学生自主学习。

3.多媒体资料：制作精美的PPT、视频等多媒体资料，丰富教学手段。

4.实验设备：准备齐全的塔设备实验设备，为学生提供实践操作的机会。

微型全分析系统(µTAS)中的微分离技术徐溢1,2张晓凤1海显来1兰宇卫1(1重庆大学化学化工学院 2 光电技术及系统教育部重点实验室重庆 400044)摘要介绍了微型全分析系统(µTAS)中微分离的重要性和它的概念对其它诸如萃取分离色谱并对微流控芯片上微分离技术的进展作了评述和展望它涉及到分析化学计算机材料学其最终目标是在微芯片上实现化学全分析系统成为近年来分析化学研究热点随着µTAS迅猛发展和应用前景不断扩大新药合成与筛选以及食品和商品检验刑事科学其应用领域将逐步扩大到涉及化学成分分析的所有方面[1]ÌرðÊǶԻ·¾³¿ÆѧÉúÎïҽѧµÈÁìÓòÖеÄÑùÆ··ÖÎön g/g目前虽然有许多灵敏度很高的分析方法38岁从事分析化学和应用化学科研和教学工作国家自然科学基金(20007005)以及教育部光电技术及系统教育部重点实验室访问学者基金资助项目2003-04-24收稿但常由于存在基体效应以及其它各种干扰而难以得到准确的分析结果有可能获得选择性更高且准确可靠的分析结果在µTAS中消除干扰组分样品的分离富集是必不可少的一步其它为系统中样品的分离富集等预处理过程都是在微芯片外实现的同时也不利于微型分析系统集成化这也是µTAS发展的必然趋势更高的台阶提出电泳芯片微分离学的平台特征指出微芯片上的微分离在材质上较毛细管电泳有更多的选择余地同时也影响分离通道中的电渗流杂质种类和含量从理论上比较微小尺寸效应对分离的影响Murrihy等[5]将微芯片上离子色谱都称作微分离(Micro-separation)ÕâÀïÎÒÃǽ«ÕâÖÖÔÚµTAS基础上提出来的在几厘米大小微流控芯片上实现样品分离与富集等预处理过程使整个分析过程实现真正意义上的微型化集成化和便携化的技术统统归入到为微分离学中国内外学者在µTAS方面做了大量研究反应现阶段微分离方面研究又主要集中在毛细管电泳芯片目前也只是一些初步研究1.1 电泳芯片微分离技术电泳芯片(EC)微分离技术是当今的研究热点国际上在其制作工艺方面的进展与在生化快速分析中的应用微芯片上毛细管电泳(CE)是利用微型制造技术在几平方厘米大小的芯片上刻蚀出扁平管道和其它功能单元实现样品分离高效由于EC属于电场驱动微管道分离因此相应技术和装置较易微型化容易移植金亚[7]等已对微芯片上的毛细管电泳技术进行了相关综述目前以激光诱导荧光(LIF)µ«ÊǵçÉøÁ÷±ÃÖ»ÊÊÓÚÀë×ÓÐÔÒºÌå¶øÇÒÕû¸öϵͳÐè¸ßѹµçÔ´½øÑùºÍ¼ì²âµÈ·½ÃæµÄ½øÒ»²½·¢Õ¹ºÍÓ¦ÓÃÌرðÊÇLIFÕâЩ²»×ãÖ®´¦ÎªEC的发展带来诸多不便诸如液-液萃取色谱分离做了大量的研究共同促进微分离技术和微分析系统整体的发展1.2 萃取技术微流控芯片上萃取技术涉及到固相萃取(SPE)和液-液萃取(LLE)ÓëÑùÆ·»ùÌåºÍ¸ÉÈÅ»¯ºÏÎï·ÖÀë´ïµ½·ÖÀ븻¼¯Ä¿±ê»¯ºÏÎïµÄÄ¿µÄ¶øÇÒ¿ÉÒÔ·ÖÀë¸ÉÈÅ×é·ÖÓлúÈܼÁÏûºÄµÍÈÝÒ×ÊÕ¼¯·ÖÎöÎïOleschuk等[9]在微芯片上采用电渗流泵４µm的十八烷基硅烷(ODS)颗粒从管道一端引入特意设计的空穴中填充满ODS后的空穴作为分离床富集后样品浓缩500倍Broyles等[10]将C18固定相涂覆在深5µm长30mm微管道内分离富集多环芳香烃利用紫外(UV)激发原位聚合反应并通过改变正己烷和甲醇混合液的比例分离富集了疏水四肽和绿色荧光蛋白质它不受液流驱动方式和检测技术限制通常将SPE接到微芯片上改善样品处理范围所以在其上制作SPE比较困难图1多离子传感仪的操作原理[14]Fig.1 Operation principle of the multi-ion sensing device[14]LLE是一种利用物质在互不混溶的两相中不同分配特性进行分离的方法借助萃取剂的作用而另外一些组分仍留在水相中LLE是一种常用的分离富集方法回收率高设备简单快速这种分离方式适用于所有液体Hisamoto等[12~14]在30mm×60mm微流控芯片上采用多种有机相分段注射法中性离子载体只能萃取特定离子随着液流在管道中流动如图1所示的该系统可同时萃取分离多种离子微芯片管道宽250µm所需最小试剂量125nLÒò΢¹ÜµÀÀ©É¢¾àÀë¶ÌËùÒÔÐźÅÏì¿ì采用的TLM检测器可检测荧光物质和非荧光物质虽然分离管道缩微化了分子扩散距离减小而且试剂消耗量少减少环境污染但是微芯片上LLE的基材必须采用耐有机溶剂的玻璃或石英1.3 膜分离技术膜分离是以选择性透过膜为分离介质浓度差所需组分选择性地透过膜膜分离可以通过控制膜孔径且分离过程中大多无相变化有高效简便等特点１０µm65µm的电泳芯片上硅酸钠聚缩后１２µm宽的硅酸钠多孔膜离子可以透过该膜富集后的DNA进入分离管道DNA浓度提高了2个数量级而对于粒径相近的物质就显得无能为力了用核径迹刻蚀(nuclear track-etched)聚碳酸酯膜孔径15nm孔密度1×108cm－26×108cm－2的膜作为分子门如图2所示PDMS管道宽100µm穿过微流管道传递区与分子门相连这种分离技术的特点是通过控制分子门膜的物理和化学性质因此可以作为一种高选择的而且通过控制分子门的连接可实现智能分子筛选图2 在微流控管道中夹纳孔膜组成3D微流控系统[17]Fig.2 Simplified schematic of three-dimensional microfluidic system comprising of a nanoluidic porousmembrane sandwiched between two microfluidic channels[17]1.4 色谱技术色谱是基于不同组分在两相间具有不同分配系数和溶解度或按分子大小而进行的分离早在上世纪70年代芯片上的气相色谱但由于技术不成熟目前有关微流控芯片上的色谱只是一些初步研究作为微型色谱分离管道并用反相液相色谱法进行评估,其柱压是常规柱的1/25可在非常低的压力下产生100000理论塔板数,克服了传统HPLC颗粒填充柱的限制ＨＤＣ）在狭窄管道中大分子跑得比小分子快宽0.5mmºÏ³É¸ß·Ö×ÓºÍÁ£×ÓÒò´Ë·ÖÀëËٶȿìMurrihy[5]等完成了芯片上离子色谱对无机阴离子的分离芯片管道为0.5分离样品和固定相之间相互作用在芯片外进样(20nL)和紫外检测Ｌ－1KCl作为洗脱剂分离了NO2－I－和硫脲NO3－的线性范围为5L－1L－1如图3所示柱长20cmÒÒÍéÒÒȲºÍ¸ß»Ó·¢ÐÔÓлúÎïͨ¹ý¼ÓÈÈ΢оƬÉϵľøÈÈĤ½øÈëGC柱中进行分离分析分离低挥发性物质炸药该方法可分离从气体到低挥发性的物质图3微型气相化学分析系统[22]Fig.3 Schematic of gas phase µChemLab TM system[22]微流控芯片上的色谱技术涉及的方法很多发展和挑战集成化因此其发展潜力是无法估量的Chronis等[23]提出了生物磁化分离的概念即基于H形管道中两种缓冲溶液平行流动另一种不含生物磁珠的液流位于管道中靠近电磁场的一面远离磁场液流的磁珠受磁场吸引迁移到靠近磁场的液流中这种分离技术不同于集成免疫磁分离技术也无需复杂的设备处理能力强Furdui等[24]利用磁分离它是根据磁性的蛋白质粒子A(1µ±µ°°×ÖÊ´ÅÖéA与CD3溶液混合时而CD3接受器对T细胞有专一性T细胞可被选择性捕获分离分离后样品必须转移到微芯片外去检测图4 平流液流的分离(图中黑色的为磁珠)[23]Fig.4 Hydrodynamic parallel flow separation(magnetic beads shown in black)[23]工业上磁分离技术已经比较成熟其研究和应用是对磁分离技术的一种挑战1.6 其它Gaudioso等[25]开发了一种利用扩散井分离的微制造模型待测样品扩散的越快扩散较慢的后进入井中成功的分离了Ce19A和Ce15A纤维素酶有利用大分子和小分子扩散速度的差异无膜渗析[27]其它已经开始介入的分离技术还有离心剪切等[3]΢·ÖÀë¼¼ÊõÊÇ×ÔµTAS问世以来芯片上的实验室(Lab-on-chip)ÔÚ΢Á÷¿ØоƬÉÏʵÏÖ΢·ÖÀë¼¼ÊõÒѳÉΪµTAS不可或缺的部分同时微分离的研究离不开µTAS理论方面的指导芯片上的检测技术等方面的配合微芯片的加工与制作[31]ÔÚÑо¿¹ý³ÌÖÐÒ²Öð²½·¢ÏÖºÍÈÏʶµ½µTAS中微分离的必要性和可行性目前国内外学者在微分离技术中所做的工作也证明了其尚未开发的巨大潜力集成到芯片上的微分离技术参考文献[1] 方肇伦, 方群. 现代科学仪器, 2001, (4): 3~6.[2] 周春山. 化学分离富集方法及应用. 长沙: 中南工业大学出版社, 1997: 1~12.[3] 林柄承. 现代科学仪器, 2001, (4): 21~24.[4] J A Jankowski, S T Racht, J V Sweedler. Trends in Analytical Chemistry, 1995, 14(4): 170~176.[5] J P Murrihy, M C Breadmore, A Tan et al. J. Chromatogr. A, 2001, 924: 233~238.[6] 陆豪杰, 阮宗琴, 康经武等. 分析测试技术与仪器, 1999, 5(3): 129~134.[7] 金亚, 罗国安, 王如骥. 色谱, 2000, 18(4): 313~317.[8] 王辉, 林炳承. 分析化学, 2002, 30(3): 359~364.[9] R D Oleschuk, L L Shultz-Lockyear, L Y Ning et al. Anal. Chem., 2000, 72: 585~590.[10] B S Broyles, S C Jacobson, J M Ramsey. In Proceedings of Micro Total Analysis System 2001, Netherlands: Kluwer Academic Publishers,p537~538.[11] Y Cong, M H Davey, F Svec et al. Anal. Chem., 2001, 73: 5088~5096.[12] H Hisamoto, T Horiuchi, M Tokeshi et al. Anal. Chem., 2001, 73: 1382~1386.[13] H Hisamoto, T Horiuchi, K Uchiyama et al. Anal. Chem., 2001, 73: 5551~5556.[14] H Hisamoto, T Horiuchi, K Uchiyama et al. In Proceedings of Micro Total Analysis System 2001, Netherlands: Kluwer AcademicPublishers, p667~669.[15] 刘茉娥. 膜分离技术. 北京: 化学工业出版社, 2000: 1~10.[16] J Khandurina, S C Jacobson, L C Waters et al., Anal. Chem., 1999, 71: 1815~1819.[17] D M Cannon Jr , T C Kuo, W Feng et al. In Proceedings of Micro Total Analysis System 2001, Netherlands: Kluwer Academic Publishers,p199~200.[18] M G Spencer, B R Flachsbart, T Yasunaga et al. In Proceedings of Micro Total Analysis System 2001, Netherlands: Kluwer AcademicPublishers, p195~196.[19] 孙彦平, 孟晓雄. 分析测试技术与仪器, 1997, 3(3): 168~173.[20] N Ishizuka, H Minakuchi, K Nakanishi et al. In Proceedings of Micro Total Analysis System 2001, Netherlands: Kluwer AcademicPublishers, p555~556.[21] E Chmela, R Tijssen, M T Blom et al. Anal. Chem., 2002, 74: 3470~3475.[22] G Frye-Mason, R Kottenstette, C Mowry et al. In Proceedings of Micro Total Analysis System 2001, Netherlands: Kluwer AcademicPublishers, p658~660.[23] N Chronis, W Lam, L Lee. In Proceedings of Micro Total Analysis System 2001, Netherlands: Kluwer Academic Publishers, p497~498.[24] V I Furdui, D J Harrison. In Proceedings of Micro Total Analysis System 2001, Netherlands: Kluwer Academic Publishers, p289~290[25] J Gaudioso, D E Miller, S W P Turner et al. In Proceedings of Micro Total Analysis System 2001, Netherlands: Kluwer AcademicPublishers, p107~108.[26] N Xu, Y Lin, S A Hofstadler et al. Anal. Chem., 1998, 70: 3553~3556.[27] A E Kamholz, B H Weigl , B A Finlayson et al. Anal. Chem., 1999, 71: 5340~5347.[28] Van den Berg, W A Olthuis, P Bergveld(Eds.), In Proceedings of Micro Total Analysis System 2000, Netherlands: Kluver AcademicPublishers: 473.[29] 徐溢, Jan C T Eijkel, A Manz. 分析化学, 2000, 28(10): 1295~1299.[30] 徐溢. 重庆大学学报(自然科学版), 2002, 25(1): 150~153.[31] 徐溢, 唐守渊. 压电与声光, 2001, 23(5): 124~126.[32] 徐溢, F Bessoth, A Manz. 分析化学, 2000, 28(7): 876~878.。

第20卷　第2期　吉　林　化　工　学　院　学　报Vol.20No.2　2003年6月JOURNAL OF J IL IN INSTITU TE OF CHEMICAL TECHNOLOGYJ un.　2003收稿日期:2002-10-07作者简介:魏奇业(1964-),男,山东蓬莱人,在读博士,吉林化工学院副教授,主要从事化工系统工程方面的研究. 文章编号:100722853(2003)022*******基于MAT LAB/SI MU LI NK 的间歇精馏模拟研究魏奇业(吉林化工学院化学工程系,吉林吉林132022)摘要:建立了间歇精馏塔的数学模型,在MA TLAB/SIMUL IN K 中用S -函数编制了间歇精馏塔的模拟程序,相平衡计算采用严格的热力学模型,该方法为间歇精馏的设计及操作提供了参考.关　键　词:间歇精馏;模拟;MA TLAB/SIMUL IN K 中图分类号:TQ 018 TQ 028.1+1 文献标识码:A 间歇过程具有灵活多变的特性,可以用同一套多用途、多功能的设备生产多种类型的产品,主要用于食品、聚合物、药品、分子筛、增塑剂、抗氧剂、染料和涂料等产品的生产.由于间歇精馏是一种非稳态的传质过程,因此对间歇精馏的模拟要比连续精馏复杂得多,模型的研究报道也相应少得多.近年来,关于间歇精馏的研究受到国内外学者的普遍重视,取得了较大的进展[1～4].间歇精馏塔的计算实际上是求解非线性微分方程和代数方程的问题,MA TLAB 的出现为解决这类问题提供了有利的条件.MA TLAB 是Math 2Works 公司开发的一种面向科学和工程计算的高级语言,现已成为国际公认的最优秀的科技界应用软件,在世界范围内广为流行和使用[5].SIMUL IN K 以工具库的形式挂接在MA TLAB上,是一个进行动态系统建模、仿真和综合分析的集成软件包.在MA TLAB/SIMUL IN K中有三个用于求解非刚性微分方程组的求解器,适合各种非刚性问题的求解.所有求解困难的问题不一定都是刚性的,但所有刚性问题对于没有经过特殊设计的求解器来说是困难的.在MA TLAB/SIMUL IN K 中刚性问题求解器可以像其它求解器一样精确使用,而且可以为求解器提供问题的额外信息使求解效率显著提高,在MA TLAB/SIMUL IN K 中提供了四种刚性问题的求解器[6].1　间歇精馏塔的模拟1.1　间歇精馏塔的数学模型间歇精馏塔塔板的示意图见图1,塔内有N 22块塔板,自上而下,将冷凝器和塔顶贮罐作为第一块塔板,再沸器和塔釜作为第N 块塔板.推导模型需做如下简化假设:(1)每块塔板上液相充分混合,且温度分布均匀;(2)每块塔板上汽相滞留量忽略不计,液相滞留量不变(蒸馏釜除外);(3)塔板间汽、液相传递滞后忽略不计;(4)汽、液两相在塔板上达到平衡;(5)绝热操作.在此基础上进行了模型的推导并简化整理得到如下方程.蒸馏釜物料平衡方程:dd t ΛN=-D (1)组分物料平衡方程:d x i ,1d t=V 2y i ,2-V 1y i ,1-(L 1+D )x i ,1Λ1(2)i =1,…,Cd x ij d t V j+1y i,j+1+L j-1x i,j-1-V j y i,j-L j x i,jΛj(3) j=2,…,N-1　i=1,…,Cd x i,Nd t=L N-1x i,N-1+Dx i,N-V N y i,NΛN(4)i=1,…,C摩尔分率归一方程:6Ci=1x i,j=6C i=1y i,j=1.0(5) j=1,…,N　i=1,…,C相平衡方程:y i,j=K i,j x i,j(6) j=1,…,N　i=1,…,C汽液相流率计算式:V j+1=L j-1(h j-h j-1)+V j(H j-h j)H j+1-h j(7)j=2,…,N-1L j=V j+1-D(8) j=1,…,N-11.2　间歇精馏塔S2函数的建立在SIMUL IN K中进行间歇精馏塔的模拟计算,S2函数的建立是关键.建立S2函数时首先需确定过程的输入、输出和状态变量[7].在本文间歇精馏塔的模拟计算中,过程的输入变量为回流比,这是因为在计算时需调整回流比以便找出回流比与产品采出时间的关系.为了得到塔顶馏出物的液相组成随时间的变化曲线,设定S2函数的输出变量为塔顶馏出物的液相组成,S2函数的状态变量设为各塔板的液相组成.本文的相平衡采用PR 方程计算.2　应用实例一间歇精馏塔,有8块理论板,欲分离含4组分,摩尔组成分别为丙烷0.1,正丁烷0.3,正戊烷0.1,正己烷0.5的混合物,塔釜一次加料50 kmol,塔顶压力为102kPa,塔底压力为125kPa.精馏开始阶段采用全回流操作,计算时各塔板的液相组成初值设为与塔釜相同,当塔顶液相组成稳定后,在塔顶以2kmol/h的速率采出液相馏分,整个操作过程时间设为25h,该区间内塔顶液相组成的变化见图2.由该图可以看出,在1.5～3h时间段内塔顶采出的是丙烷含量99%以上的产物,采出累计量为3kmol;在6～11h时间段内塔顶采出的是正丁烷含量98%以上的产物,采出累计量为10kmol;18h以后采出的产物几乎全部是正己烷.图2　间歇精馏塔顶液相组成随时间的变化曲线3　结 论(1)在MA TLAB/SIMUL IN K中进行间歇精馏塔的模拟,编程时间短,程序运行易于收敛,也可用SIMUL IN K的控制模块进行控制规律的研究.(2)对间歇精馏过程的模拟,既可以为实际操作提供参考,也可以优化操作参数.(3)利用间歇精馏模拟得到的塔内汽液相流率及塔顶、塔釜热负荷,可进行设备的设计和核算.符　号　说　明C———组分数D———精馏塔顶馏出液的流量,kmol/hH———汽相焓值,kJ/kmolK———相平衡系数L———塔内液相流量,kmol/hN———精馏塔理论板数V———塔内汽相流量,kmol/hh———液相焓值,kJ/kmolt———时间,hx———液相组成y———汽相组成Λ———持液量,kmol下标2 吉　林　化　工　学　院　学　报2003年 i ———各组分j ———各理论板参考文献:[1]　Rodriguez 2Donis I ,Pardillo 2Fontdevila E ,G erbaudV ,et al.Synthesis ,experiments and simulation of heterogeneous batch distillation processes [J ].Com 2puters and Chemical Engineering ,2001,25(4-6):799-806.[2]　D üssel R ,Stichlmair J.Separation of azeotropic mix 2tures by batch distillation using an entrainer [J ].Computers and Chemical Engineering ,1995,19(Sup 2plement 1):113-118.[3]　陈俸荣,周荣琪,段占庭.间歇真空精馏过程的简捷设计[J ].石油化工,1997,26(10):687-690.[4]　李文秀,胡国良,张万忠.间歇精馏过渡馏分脉冲馏出规律研究[J ].化学工程,1999,27(1):11-14.[5]　魏奇业,华贲,高维平,等.醋酸生产的仿真研究(Ⅰ)———原料系统的仿真[J ].化工自动化及仪表,2002,29(4):17-20.[6]　MathWorks Inc.MA TLAB The Language of Techni 2cal Computing[Z].US :Math works Inc ,1998.[7]　MathWorks Inc.SIMUL IN K/Model 2Based and Sys 2tem 2Based Design[Z].US :Math works Inc ,1998.Simulation of batch distillation based on MAT LAB/SIMU L INKWEI Qi 2ye(Dept.of Chemical Engineering ,Jilin Institute of Chemical Technology ,Jilin City 132022,China )Abstract :Mathematical models of batch distillation column are presented.The S 2function in MA TLAB/SIMUL IN K is used to programming the simulation programs of batch distillation column ,and the rigorous thermodynamics model is used to calculate phase equilibrium.The method provides references for the design and operation of batch distillation.K ey w ords :batch distillation ;simulation ;MA TLAB/SIMUL IN K3 第2期魏奇业:基于MATLAB/SIMUL IN K 的间歇精馏模拟研究 。

二氧化碳捕集技术在燃煤电厂的应用研究摘要：二氧化碳捕集与封存是我国综合发展煤电产业，实现2030年碳达峰、2060年碳中和的技术保障。

随着国家能源结构改革，目前燃煤电厂占总发电机组容量的比例越来越低。

据预测2050年火电厂比例将缩减至10%左右，但每年仍产生二氧化碳4-16亿吨。

为实现真正意义上的燃煤电厂净零排放，需加大对二氧化碳捕集技术的研发应用及推广。

关键词：二氧化碳捕集；吸收分离法；吸附分离法；燃煤电厂；应用研究1、前言据研究表明，由于温室气体的排放，到二十一世纪末，将造成全球平均温度上升1.4-5.8℃。

在影响温室效应的气体中，二氧化碳气体排放量占比最高，约占全部温室气体排放量的60%。

如何控制二氧化碳气体排放，以及如何发展二氧化碳气体回收利用技术，已经成为电力行业可持续发展的关键问题。

为了更好的控制二氧化碳气体排放，减缓温室效应进一步恶化。

本文将结合国内外二氧化碳捕捉技术发展状况，研究分析二氧化碳捕捉技术在燃煤电厂的应用。

2、二氧化碳捕集技术根据二氧化碳捕集在燃煤电厂烟气系统相对位置的应用，二氧化碳捕集技术主要为燃烧前捕集，燃烧后捕集、富氧燃烧。

根据二氧化碳的捕集方式可分为吸收分离法、膜分离法、吸附分离法、低温蒸馏法等。

2.1吸收分离法吸收分离法分为化学吸收和分离两个阶段，化学吸收是指通过二氧化碳与溶剂发生化学反应生成新物质而吸收二氧化碳。

二氧化碳分离是利用二氧化碳吸收反应的逆反应，在改变其反应条件情况下，使逆反应发生而分离二氧化碳。

通常情况下，选择热碳酸钾或醇胺类水溶液作为吸收剂。

此类吸收剂具有较高的吸收率，且分离出二氧化碳纯度较高，可达99.99%。

此种方式适用于低浓度二氧化碳分离捕集。

物理分离法是利用物理溶解原理，通过相似相溶原理选择合适的溶剂吸收二氧化碳。

二氧化碳在溶剂中的溶解遵循亨利定律，通过对压力温度的改变，控制二氧化碳的吸附与分离。

该方法适用于二氧化碳分压较高的烟气系统。