[00314821]面向工业过程中含缔合体系的传质分离过程强化技术开发及应用

传质分离过程的能耗占整个化工过程能耗的比例很大，一般可达到70%，因此提高传质分离过程的工艺水平，对于降低化工过程的能耗，提高能量利用效率有重要意义。水、乙醇、醋酸等极性物质由于氢键的存在，不仅会自身缔合，而且还存在多种交叉缔合。分子缔合不会显著地改变原来物质的化学性质，但对物质的密度等物理性质有明显的影响。由于缔合组分形式多样，缔合体系复杂，确定合适的溶剂筛选方法和相平衡模型成为研究缔合体系传质分离过程的难点和关键。本项目以缔合组分的传质分离为研究对象，融合化学工程、系统工程、计算科学等学科，进行了含缔合体系的传质分离过程强化工艺技术研究，经过多年的基础理论、工艺技术和工业化应用三个层面的系统研究，基本构建了含缔合体系的传质分离技术平台，包括溶剂筛选新方法、含缔合组分的热力学模型关联方法、传质分离新工艺开发及新工艺的工业化应用。主要创新研究包括以下三方面：1. 发明了含缔合组分分离所用溶剂的筛选新方法发明了缔合组分分离所用溶剂的筛选新方法，主要分为两部分：计算机辅助分子设计方法和计算机优化筛选方法，预测相对偏差＜15%。2. 确定了含缔合组分的热力学模型关联方法针对缔合组分汽相、液相非理想性均较强的特性，采用化学理论模型结合Hayden-Orrsquo;connell(HOC)模型校正汽相的非理想性，用NRTL、UNIQUAC等模型校正液相的非理想性，关联相对偏差＜5%。3.围绕工业应用，开发了多种缔合组分分离的新工艺针对精对苯二甲酸(PTA)装置溶剂脱水原有工艺存在的效率低、能耗高等问题，开发了PTA装置溶剂回收系统萃取-共沸精馏新技术，提高了精馏分离效率，醋酸总回收率≥99.5%，共沸剂消耗≤0.7kg/tPTA，溶剂回收单元总能耗为49 kg标煤/tPTA，项目研究开发的精对苯二甲酸生产中溶剂循环利用的过程强化工艺，通过了江苏省经济和信息化委员会和江苏省教育厅组织的鉴定，整体技术水平达到了国际先进水平。针对PTA生产中回收的醋酸甲酯未能获得高的附加值利用，运用反应与分离耦合技术进行过程集成与优化，开发了醋酸甲酯综合利用新工艺，实现了醋酸甲酯水解转化率的提高，醋酸甲酯转化率≥99%。项目研究开发的醋酸甲酯综合利用新工艺，通过了江苏省经济和信息化委员会和江苏省教育厅组织的鉴定，整体技术水平达到了国际先进水平。对于制药企业生产过程中产生的低浓度醋酸溶液，采用萃取工艺将稀醋酸溶液提浓，蒸汽消耗量降低；萃取过程与共沸精馏过程使用溶剂相同，共沸精馏塔塔顶产物可返回萃取塔循环利用，溶剂不需提纯，缩短了溶剂回收流程；溶剂采用的是低沸点溶剂，溶解在水中的溶剂采用蒸汽汽提方式回收，减少了溶剂损耗和二次污染。醋酸回收率≥99%，萃取剂消耗≤0.15%。本项目共申请国家发明专利6项，其中授权发明专利4项；发表学术论文27篇，其中SCI收录9篇，EI收录19篇；培养研究生20余名；研究成果已在中国石化扬子石油化工有限公司、山东安丘市鲁安药业有限责任公司等企业应用，近三年累计创造经济效益2.7亿元，社会、经济效益显著。