新型二甲苯結(jié)晶工藝的研究.pdf

1、針對(duì)甲苯選擇性歧化法獲得的高對(duì)二甲苯含量的料液，設(shè)計(jì)了一種新型的連續(xù)懸浮結(jié)晶工藝——單級(jí)冷凍、兩次結(jié)晶。該工藝的特點(diǎn)是以單級(jí)冷凍降低能耗，料液進(jìn)入溫度較高的結(jié)晶器結(jié)晶，排出的母液進(jìn)入溫度較低的熱交換器結(jié)晶成核。 通過物料衡算和熱量衡算，對(duì)連續(xù)懸浮結(jié)晶工藝的可行性進(jìn)行分析。以料液中對(duì)二甲苯(PX)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85﹪、料液進(jìn)料量為 1 kp/s為基準(zhǔn)，連續(xù)懸浮結(jié)晶工藝可獲得純度為99.9﹪的對(duì)二甲苯產(chǎn)品。與傳統(tǒng)工藝的計(jì)算結(jié)果比較，連續(xù)

2、懸浮結(jié)晶工藝的對(duì)二甲苯收率可提高31﹪，能耗降低15.3﹪。同時(shí)，本文還考察了成核區(qū)溫度、生長區(qū)溫度和回流晶漿中晶體含量對(duì)系統(tǒng)能耗和PX收率的影響，以獲得新型工藝的初步參數(shù)優(yōu)化。當(dāng)料液溫度為288 K、回流晶漿中晶體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80﹪、成核區(qū)溫度為246 K、生長區(qū)溫度為276 K時(shí)，PX的收率最大可達(dá)91.8﹪，系統(tǒng)能耗為137 J/g。當(dāng)回流晶漿中晶體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為62﹪～100﹪，成核區(qū)溫度為243～256 K時(shí)，可滿足PX產(chǎn)品純度

3、的工藝要求。 新型工藝的晶體生長區(qū)相當(dāng)于二次成核的結(jié)晶操作，針對(duì)新型工藝的連續(xù)操作過程，又由于晶體生長對(duì)于產(chǎn)品的最終品質(zhì)有著重要影響，本文選取DTB型結(jié)晶器作為本工藝的晶體生長區(qū)，并選用等厚度的仿船用螺旋槳。本文基于粒數(shù)衡算和Gibbs-Thomson定理，建立與過飽和度和晶體特征尺寸有關(guān)的二次成核速率及基于二次成核的晶體生長動(dòng)力學(xué)關(guān)系式，重點(diǎn)構(gòu)建基于二次成核的粒數(shù)衡算方程、Navier-Stokes方程、組分質(zhì)量守恒方程和能量

4、守恒方程的結(jié)晶動(dòng)力學(xué)控制方程及其邊界條件的結(jié)晶器模型。 為進(jìn)一步描述結(jié)晶動(dòng)力學(xué)模型的相關(guān)參數(shù)對(duì)DTB型結(jié)晶器中的流場(chǎng)、濃度場(chǎng)、溫度場(chǎng)及粒度分布的影響，利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)軟件，通過對(duì)流場(chǎng)的三維定態(tài)數(shù)值模擬及邊界條件的分析和建立，模擬預(yù)測(cè)的結(jié)晶器內(nèi)的流場(chǎng)分布與文獻(xiàn)中預(yù)測(cè)的結(jié)果規(guī)律吻合較好；通過改變槳葉的離器底面的高度himpeller，模擬得到結(jié)晶器內(nèi)的徑向流場(chǎng)和軸向流場(chǎng)分布，并對(duì)結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行初步的優(yōu)化。模擬獲得的