论文部分内容阅读
N,N’-二(2-羟丙基)哌嗪(HPP)是一种新型可再生有机胺烟气脱硫剂。在其循环使用过程中会因烟气灰尘不断带入和累积杂质离子,尤其脱硫过程中SO32-不断氧化生成S042-与之形成相应的热稳定盐并不断累积,影响HPP吸收剂的可再生性能和吸收性能。热稳定性盐的有效及时分离,是可再生有机胺脱硫系统稳定运行的核心关键技术之一。本文基于双水相法分离HPP脱硫系统中热稳定性盐的技术需求,开展双水相体系相平衡与物性参数的测定与分析,为HPP-Na+盐双水相体系的理论研究及其分离应用提供基础参数和理论指导。在30 ℃～50 ℃范围内,采用浊点法测定了 HPP-Na2S04-H20双水相体系的双节线相图,通过相组分测定法测定该双水相的液液相平衡数据,并分别利用经验方程式和NRTL方程进行数据关联。同时,测定了该温度区间内不同总配比浓度下HPP-Na2SO4-H20双水相体系共轭的上下两相的表面张力、粘度、密度和折射率。在研究温度范围内,HPP-Na2SO4-H20双水相体系相图双相区随温度的变化不明显,两相的分离受热效应的影响较小,基于重量分析法构建的Merchuk方程式只采用三个方程参数对该双水相体系相图的拟合相关性系数近似达0.999;NRTL模型能很好地关联该三元两相物系的相平衡数据,计算值与实验值的相对均方根误差(RMSD)和平均相对误差(AAD)分别低于2%和1.5%。分别测定了 30 ℃～50 ℃条件下HPP-Na2S03-H20双水相体系双节线相图和液液相平衡数据,并分别通过经验方程式和NRTL模型进行了数据关联,同时测定了上述液液相平衡共轭两相的物性参数。HPP-Na2S03-H20双水相体系相图在研究温度下双相区随温度变化不明显,两相的分离受热效应的影响较小,经验方程式对双节线数据进行关联均具有较高的相关系数,其中Merchuk方程式对HPP-Na2S03-H20双水相体系相图拟合的相关性系数均大于0.999;NRTL模型计算值与实验值的RMSD和AAD分别低于2%和1.7%。实验考察了 pH值与温度对HPP-Na2SO4-H20双水相稳定性的影响,并选定SO42-、NO3-、Cl-、K+、PO43-和SO32-等无机离子,分别研究其在该双水相中的分离性能。分析实验结果表明,随着HPP浓度的增大HPP-Na2SO4-H20双水相消失时的pH值逐渐减小,随着温度的升高相同情况下双水相消失时的pH值也逐渐减小;各离子在两相中的分配系数随温度的变化趋势与离子的空间结构有关,其中阴离子在两相中的分配系数大小与离子所携带的电荷数和盐析能力相关;上述各离子在HPP-Na2SO4-H20双水相中随着pH值的增大其分配系数先下降后无明显变化,K+和Cl-在pH值大于9.50后分配系数无明显变化,N03-和SO42-的分配系数在pH值大于11.00时无明显变化,因SO32-和PO43-均为中强酸酸根的原因,其分配系数的变化与其在不同pH值时的存在形式有关。鉴于 HPP在烟气脱碳过程的应用拓展,分别测定了 30℃～50℃条件下,HPP-Na2CO3-H2O双水相体系双节线相图和液液相平衡数据并各自进行了关联,同样对该体系的物性参数进行了测定。研究结果表明:HPP-Na2CO3-H2O双水相体系相图在实验温度下双相区随温度升高略有增大,但两相的分离受热效应的影响较小,经验方程式w1=exp(α+bw2 0.5+cw2+dw2 2)对双节线数据的相关系数均高于0.999;NRTL模型计算值与实验值的RMSD和AAD分别低于2%和1.5%,关联NRTL方程参数能满足实际计算和分离应用的要求。