膜法回收有机硅尾气中氯甲烷流程设计与优化

【摘要】： 氯甲烷被广泛的应用于有机硅生产,是有机硅单体甲基氯硅烷合成的重要原料。在有机硅生产中采用精馏精制或压缩冷凝分离氯甲烷后,排放的尾气中仍然含有约25～30wt%左右的氯甲烷,这部分气体的排放一方面污染环境,另一方面造成资源的严重浪费。回收排放尾气中的氯甲烷,既可以创造巨大的经济效益,又能实现可观的社会效益。为此,本文设计了膜与精馏及压缩冷凝集成的新工艺,并应用UniSim Design进行模拟与优化,确定了最佳的膜集成工艺流程,可实现经济效益的最大化。 本文根据有机硅生产中氯甲烷精馏塔精馏尾气和压缩冷凝分离氯甲烷排放的不凝气的特点,采用自制的致密橡胶态复合膜制成的膜组件,分别设计了膜-精馏集成回收氯甲烷工艺流程和膜-压缩冷凝集成回收氯甲烷工艺流程。对于前者,提出了两种膜-精馏集成回收方案。为了对所提出的两种膜-精馏集成方案的经济效益进行评估及优化,首先应用UniSim Design对原氯甲烷精馏系统进行了模拟,并验证了模拟的准确性以及所选热力学方程对氯甲烷物系的适用性。之后在原氯甲烷精馏系统模拟的基础上,分别对两种膜-精馏集成方案进行了模拟与优化。最终,将膜-精馏集成流程方案1的膜面积优选为30m~2,此时经济效益增加值可达184万元/年,相应排放气中的氯甲烷浓度可降低到9.0wt%。将膜-精馏集成流程方案2的膜面积优选为150m~2,此时经济效益增加值可达300万元/年,相应排放气中的氯甲烷浓度可降低到7.2wt%。表明增加膜回收系统后,两方案均能产生良好的经济效益和社会效益,不过相比而言,膜-精馏集成流程方案2的经济效益增加值更高,因此将其确定为膜-精馏集成回收氯甲烷的较优方案。 对于后者,同样应用UniSim Design对所设计的膜-压缩冷凝集成回收氯甲烷工艺流程进行了模拟与优化。在优化条件下,膜-压缩冷凝集成流程每年可多创造经济效益近400万元,放空尾气中氯甲烷浓度可降低到10.1wt%。同时,还对膜组件价格、氯甲烷价格及膜性能参数等对经济效益的影响进行了研究。而且考虑到循环气循环,造成原压缩冷凝流程设备负荷及裕度不足的情况,设计了膜法回收氯甲烷备选方案,并对备选方案进行了模拟与优化。在优化条件下,备选膜方案的膜面积优选为120m~2,渗透侧压力优选为150kPa,可产生的经济效益较优值为308万元/年,相应排放气的浓度可降低到6.0wt%。表明各选方案在优化条件下,同样可以取得良好的社会和经济效益。 【关键词】：氯甲烷 膜分离 过程模拟 优化 UniSim
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TQ264.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 引言10-11
• 1 文献综述11-29
• 1.1 氯甲烷简介11-12
• 1.1.1 氯甲烷的性质与用途11-12
• 1.1.2 氯甲烷的生产方法12
• 1.2 有机硅单体生产12-14
• 1.2.1 有机硅产品及应用12-13
• 1.2.2 氯甲烷与有机硅工业13
• 1.2.3 有机硅单体的合成13-14
• 1.3 有机蒸气分离净化方法14-16
• 1.3.1 直接燃烧法14-15
• 1.3.2 催化燃烧法15
• 1.3.3 吸收法15
• 1.3.4 吸附法15
• 1.3.5 冷凝法15
• 1.3.6 膜分离法15-16
• 1.4 气体膜分离16-25
• 1.4.1 气体膜分离技术发展16-17
• 1.4.2 气体膜分离原理17-22
• 1.4.3 有机蒸气分离膜及膜分离器22-25
• 1.5 化工过程模拟及优化25-28
• 1.5.1 化工过程模拟及优化技术概述25-26
• 1.5.2 UniSim简介及应用26-28
• 1.6 选题依据及研究内容28-29
• 2 氯甲烷精馏系统模拟29-38
• 2.1 侧线塔简介29-30
• 2.2 氯甲烷精馏系统简述30-31
• 2.3 氯甲烷精馏系统基础数据31-32
• 2.4 氯甲烷精馏系统模拟模型的建立32-35
• 2.4.1 热力学方法的选择32-34
• 2.4.2 氯甲烷精馏系统模拟34-35
• 2.5 氯甲烷精馏系统模拟的准确性检验35-37
• 2.6 本章小结37-38
• 3 精馏尾气中氯甲烷回收工艺设计与优化38-55
• 3.1 膜集成工艺38
• 3.2 膜-精馏集成回收氯甲烷方案1设计与优化38-47
• 3.2.1 膜-精馏集成回收氯甲烷方案1设计38-39
• 3.2.2 自制氯甲烷分离膜的性能参数39
• 3.2.3 膜分离器模型39-41
• 3.2.4 膜-精馏集成回收氯甲烷方案1模拟41-42
• 3.2.5 膜-精馏集成回收氯甲烷方案1模拟分析42-47
• 3.3 膜-精馏集成回收氯甲烷方案2设计与优化47-53
• 3.3.1 膜-精馏集成回收氯甲烷方案2设计47-48
• 3.3.2 膜-精馏集成回收氯甲烷方案2模拟48-50
• 3.3.2 膜-精馏集成回收氯甲烷方案2模拟分析50-53
• 3.4 两套方案的分析与比较53
• 3.5 本章小结53-55
• 4 膜法回收压缩冷凝不凝气中的氯甲烷55-71
• 4.1 压缩冷凝工艺流程简介55-56
• 4.2 膜-压缩冷凝集成回收氯甲烷流程设计与优化56-64
• 4.2.1 膜-压缩冷凝集成回收氯甲烷流程设计56
• 4.2.2 膜-压缩冷凝集成回收氯甲烷流程模拟56-57
• 4.2.3 膜-压缩冷凝集成回收氯甲烷流程模拟分析57-64
• 4.3 膜法回收氯甲烷备选方案设计与优化64-69
• 4.3.1 膜法回收氯甲烷备选方案设计64
• 4.3.2 膜法回收氯甲烷备选方案模拟64-65
• 4.3.3 膜法回收氯甲烷备选方案模拟分析65-69
• 4.4 本章小结69-71
• 结论71-73
• 创新点及展望73-74
• 参考文献74-78
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况78-79
• 致谢79-80

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