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北京化工大学硕士学位论文3A分子筛在异丙醇脱水中的应用姓名：杨洪先申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：屈一新20090526摘要３Ａ分子筛在异丙醇脱水中的应用摘要异丙醇是一种重要的化工原料和有机溶剂，工业生产过程中产生大量的异丙醇和水的混合废液，实现异丙醇和水的分离有着重要的意义。工业生产过程中需要高纯度的异丙醇，而常压下异丙醇与水在８０．４。Ｃ形成共沸，其中异丙醇含量为８７．９％，采用普通蒸馏方法无法得到纯度高于共沸组成的异丙醇。介绍了制备无水异丙醇（含水量小于０．５％）的传统处理方法是用共沸精馏法，萃取精馏法，渗透汽化法，加盐萃取共沸精馏法等，但这些方法都存在增加另外一种有机溶剂、工艺复杂、设备投资大、能耗高的特点。提出了用３Ａ分子筛制备无水异丙醇的思路。通过实验确定了３Ａ分子筛的再生条件是：在真空度－０．０９５Ｍｐａ的条件下，再生温度为２５０℃以上，再生时间为三个小时以上。根据再生条件设计了一套集吸附与再生为一体的实验装置，并确定了用正辛醇作为加热介质对装置进行加热再生时，需控制正辛醇的压力为０．５Ｍｐａ（表压）。用３Ａ分子筛对异丙醇和水的混合体系在不同状态（气态和液态）进行吸附实验，测定了３Ａ分子筛对异丙醇的水溶液和３Ａ分子筛先对液态异丙醇水溶液吸附再对异丙醇和水的混合蒸汽进行吸附的动态吸水率在１０％左右，对异丙醇的吸附率在２０％左右，其对水的相对吸比例只有Ｏ．５左右。还测定了３Ａ分子筛对异丙醇和水的混合蒸汽在８０℃时，对水的动态吸水率在１０％左右，对异丙醇的动态吸附率在８％，其对水的相对吸附系数在１．２以上。通过对数据的分析得出用３Ａ分子筛对异丙醇和水的混合体系进行脱水时，用混合蒸汽脱水效果比３Ａ分子筛对异丙醇水溶液脱水效果好的结论。最后，根据实验过程，设计了３Ａ分子筛对异丙醇和水的混合体系进行脱水的工艺流程。并通过成本计算证明了利用再生好后的３Ａ分子筛吸附柱的高温热源对另一个需要再生的３Ａ分子筛吸附柱进行预热，能降低单位处理成本２７％左右。关键词：３Ａ分子筛、异丙醇、分离、吸附北京化工大学硕士学位论文Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆ３ＡＭｏｌｅｃｕｌａｒＳｉｅｖｅｉｎＩｓｏｐｒｏｐａｎｏｌＤｅｈｙｄｒａｔｉｏｎＡＢＳＴＲＡＣＴＩｓｏｐｒｏｐａｎｏｌｉｓａｋｉｎｄｏｆｉｍｐｏｒｔａｎｔｃｈｅｍｉｃａｌａｎｄｏｒｇａｎｉｃｓｏｌｖｅｎｔ，ｗｈｉｃｈｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｃｈｅｍｉｃａｌａｎｄｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ．Ａｌａｒｇｅａｍｏｕｎｔｏｆｉｓｏｐｒｏｐａｎｏｌａｎｄｗａｔｅｒｍｉｘｔｕｒｅｓａｒｅｐｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｅｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｐｒｏｃｅｓｓ．Ｓｏｒｅｍｏｖａｌｏｆｗａｔｅｒｆｒｏｍｉｓｏｐｒｏｐａｎｏｌｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔ．Ｔｈｅｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｎｅｅｄｓｔｈｅｈｉｇｈ—ｐｕｒｉｔｙｉｓｏｐｒｏｐａｎ０１．Ｂｕｔｕｎｄｅｒｔｈｅａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｉｓｏｐｒｏｐａｎｏｌａｎｄｗａｔｅｒｆｏｒｍａｎａｚｅｏｔｒｏｐｉｃｍｉｘｔｕｒｅａｔ８０．４＂Ｃ．Ｕｓｉｎｇｔｈｅｏｒｄｉｎａｒｙｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｉｓｕｎａｂｌｅｔｏｏｂｔａｉｎｉｓｏｐｒｏｐａｎｏｌｗｉｔｈｅｎｏｕｇｈｐｕｒｉｔｙ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｔｈｅｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｉｓｏｐｒｏｐａｎｏｌｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｗｈｉｃｈｉｎｃｌｕｄｅａｚｅｏｔｒｏｐｉｃｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ，ｅｘｔｒａｃｔｉｖｅｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ，ｐｅｒｖａｐｏｒａｔｉｏｎ，ｅｘｔｒａｃｔｉｖｅａｚｅｏｔｒｏｐｉｃｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆｓａｌｔｓ．Ａｌｌｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｓｎｅｅｄｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆａｎｏｔｈｅｒｓｏｌｖｅｎｔ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｙａｌｌｈａｖｅａｃｏｍｐｌｅｘｐｒｏｃｅｓｓ，ｈｉｇｈｅｒｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔｃｏｓｔａｓｗｅｌｌａｓｈｉｇｈｅｒｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ．Ｔｈｅｉｄｅａｏｆｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｉｓｏｐｒｏｐａｎｏｌｗｉｔｈｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆ３Ａｍｏｌｅｃｕｌａｒｓｉｅｖｅｗａｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆ３Ａｍｏｌｅｃｕｌａｒｓｅｉｖｅｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｖｉａｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈａｔａｒｅ：Ｐ＝－０．０９５ＭＰａ，ｔ＝２５０。Ｃ，ｔ＝３ｈ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ａｓｅｔｕｐｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｉｎｗｈｉｃｈａｄｓｏｒｐｔｉｏｎａｎｄｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｏｌｅｃｕｌａｒｓｅｉｖｅＣａｎｂｅｒｅａｌｉｚｅｄｉｎｓｉｔｕ．Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｕｓｉｎｇｎ・ｏｃｔａｎｏｌａｓｈｅａｔｉｎｇｍｅｄｉｕｍａｔａｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆ０．０９５Ｍｐａ．Ⅱ摘要Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｈａｖｅｂｅｅｎｐｅｒｆｏｒｍｅｄｕｓｉｎｇ３Ａｍｏｌｅｃｕｌａｒｓｅｉｖｅａｓａｌｌａｄｓｏｒｂｅｎｔｆｏｒｔｈｅｒｅｍｏｖａｌｏｆｗａｔｅｒｉｎｉｓｏｐｒｏｐａｎｏｌｉｎｌｉｑｕｉｄａｎｄｇａｓｐｈａｓｅ．Ｔｈｅｗａｔｅｒａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｒａｔｅａｎｄｔｈｅｉｓｏｐｒｏｐａｎｏｌａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｒａｔｅｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｔｏｂｅ１０％ａｎｄ２０％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｆｏｒｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｌｉｑｕｉｄｍｉｘｔｕｒｅｏｆｉｓｏｐｒｏｐａｎｏｌａｎｄｗａｔｅｒａｓｗｅｌｌａｓｆｏｒｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｌｉｑｕｉｄｍｉｘｔｕｒｅｏｆｉｓｏｐｒｏｐａｎｏｌａｎｄｗａｔｅｒｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｇａｓｍｉｘｔｕｒｅｏｆｉｓｏｐｒｏｐａｎｏｌａｎｄｗａｔｅｒ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｒａｔｉｏｏｆｗａｔｅｒｔｏｉｓｏｐｒｏｐａｎｏｌｉｓｏｎｌｙ０．５．Ａｔ８０。Ｃ，ｔｈｅｗａｔｅｒａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｒａｔｅａｎｄｔｈｅｉｓｏｐｒｏｐａｎｏｌａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｒａｔｅｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｔｏｂｅ１０％ａｎｄ８％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｆｏｒｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｇａｓｍｉｘｔｕｒｅｏｆｉｓｏｐｒｏｐａｎｏｌａｎｄｗａｔｅｒ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｒａｔｉｏｏｆｗａｔｅｒｔｏｉｓｏｐｒｏｐａｎｏｌｒｅａｃｈｅｄ１．２．Ｔｈｉｓｍｅａｎｓｔｈａｔａｂｅｔｔｅｒｅｆｆｅｃｔｆｏｒｔｈｅｒｅｍｏｖａｌｏｆｗａｔｅｒｆｒｏｍｉｓｏｐｒｏｐａｎｏｌｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄｗｈｅｎｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｗａｓｃａｒｄｅｄｏｕｔｉｎｇａｓｐｈａｓｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒｔｈｅｒｅｍｏｖａｌｏｆｗａｔｅｒｆｒｏｍｌｎｎａｌｌｙｐｒｏｃｅｓｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｉｓｏｐｒｏｐａｎｏｌｕｓｉｎｇ３Ａｍｏｌｅｃｕｌａｒｓｅｉｖｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ．Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｃｏｓｔｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｔｈａｔｕｓｉｎｇｔｈｅｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｈｅａｔｉｎｇｍｅｄｉｕｍｉｎｏｎｅｃｏｌｕｍｎｗｈｅｒｅｔｈｅｍｏｌｅｃｕｌａｒｓｅｉｖｅｈａｓｂｅｅｎｒｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｔｏｐｒｅｈｅａｔａｎｏｔｈｅｒｃｏｌｕｍｎｗｈｉｃｈｗｉｌｌｂｅｒｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｃａｎｓａｖｅ２７％ｅｎｅｒｇｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄ：３Ａｍｏｌｅｃｕｌａｒｓｅｉｖｅ，ｉｓｏｐｒｏｐａｎｏｌ，ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ，ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ１１１符号说明符号说明英文字母Ａ埃，１米＝１０１０ＡＣ电解所消耗的电量，ｍｃ电解过程中的平均电流，ｍＡ结晶水的摩尔数水的分子量，１８电子转移数，２原子价数回流比时间，Ｓ质量比化学式中原子的配平数。样品中水的重量，ｍｇ希腊字母旺相对选择性吸咐比钠’Ｘ１ｙ●ｍＭｎＮＲ●Ｗ虱Ｗ北京化工大学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名！栖盗丝日期：至竺：２：苎兰垒关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在上年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。作者虢望竖型日期．型乞曼三墨导师签名：—彳一期：一导师签名：—彳连争—姚期：ｊ生４－￡二ｒＬ第一章文献综述１．１课题背景及意义。第一章文献综述有机溶剂在现代工业中有着广泛的应用，主要应用于化工、医药、制革、冶金等领域。如在青霉素提取过程中大量应用乙酸丁酯和正丁醇，在７．ＡｃＡ（７．氨基头孢烷酸）提取过程中用大量异丙醇和丙酮，在ＧＣＬＥ（７一苯乙酞胺一３一氯甲基头抱烷酸对一硝基节酷）制备过程中用大量甲苯、二氯甲烷、丙酮等。在这些生产过程中，有机溶剂只作为溶剂，不参加化学反应，每个过程都有与水混合的过程，每个过程完全以后，都存在有机溶剂与水的分离问题。因此，实现有机溶剂与水的分离有着重要的意义。对某些有机溶剂与水分离，用一般的普通精馏技术就能得到含水量低于０．１％以下的成品。如水和甲苯，水和二氯甲烷，水和乙酸丁酯，水和正丁醇等。但是，还有一些有机溶剂利用普通的精馏技术不能使水和该有机溶剂得到有效分离。如乙醇和水利用普通精馏只能得到９５％左右的含水乙醇【ｌＪ，异丙醇和水利用普通精馏只能得到８７．９％左右的异丙醇水溶液。要得到含水量低于其共沸组成的有机溶剂，必须用特殊的处理方法。如共沸精馏法，萃取精馏法，渗透汽化法，加盐萃取共沸精馏法等，但这些方法都存在增加另外一种有机溶剂（一般是有毒有害的物质）、工艺复杂、设备投资大、能耗高的问题。异丙醇（ＩＰＡ）是一种用途广泛的有机化工原料，也是性能优良的有机溶剂，在医药行业有着广泛的应用。由于常压下异丙醇与水在８０．４℃形成共沸物，其中异丙醇含量为８７．９％（质量分数）ｌｌＪ，工业生产过程需要从大量的异丙醇稀水溶液中分离精制以得到高纯度的异丙醇，而采用普通精馏方法无法得到纯度高于共沸组成的异丙醇。因此采用特殊方法分离异丙醇一水体系得到高浓度的异丙醇有着重要的意义。对于这些与水共沸而不能用普通精馏方法得到的有机溶剂，现在有一种新的处理方法：用分子筛作为吸附剂的吸附法。吸附法脱水是一种具有能耗低、工艺操作简单、环保的工艺，对有机溶剂中含水的脱除具有广泛的应用前景和经济效益。由于异丙醇与水是典型的具有恒沸组成的共沸物，所以通过寻找特殊的方法实现异丙醇水溶液的脱水，具有重要意义。１．２现在工业中常用的脱水方法及工艺。有机溶剂中水分脱除常用的方法是普通精馏、恒沸精馏法、萃取精馏法、渗透汽化的膜分离方法、干燥剂脱水等。下面对这些脱水方法做简单介绍。北京化工大学硕士学位论文１．２．１普通精馏法精馏原理：如图１—１，料液自塔的中部位置连续地加入塔内，塔项设有蒸汽冷凝器将塔顶产品冷凝为液体。冷凝液的一部分回入塔顶，称为回流液，其余作为塔顶产品（馏出液）连续采出。在塔内上半部（加料位置以上）上升蒸汽和回流液体之间进行着逆流接触和物质传递。塔底部装有再沸器（蒸馏釜）以加热液体产生蒸汽，蒸汽沿塔上升，与下降的液体逆流接触并进行物质传递，塔底连续排出部