【摘 要】
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有机硅材料具有耐温区间广、疏水性强和生理惰性等性能,广泛应用于石油化工、医药和军工等领域。在有机硅制备过程中,硅氧烷作为中间产物被夹杂在废气中通过处理后排放到大气,浪费了大量化工资源。为此,本文针对有机硅生产废气中硅氧烷含量过高的问题进行了研究,具体的研究过程如下:首先,依据硅氧烷的物理性质和气液分离理论,提出了一种冷凝与旋流分离回收硅氧烷工艺,通过降温使废气中气态的硅氧烷转化为液态,从而实现气液
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有机硅材料具有耐温区间广、疏水性强和生理惰性等性能,广泛应用于石油化工、医药和军工等领域。在有机硅制备过程中,硅氧烷作为中间产物被夹杂在废气中通过处理后排放到大气,浪费了大量化工资源。为此,本文针对有机硅生产废气中硅氧烷含量过高的问题进行了研究,具体的研究过程如下:首先,依据硅氧烷的物理性质和气液分离理论,提出了一种冷凝与旋流分离回收硅氧烷工艺,通过降温使废气中气态的硅氧烷转化为液态,从而实现气液分离。并根据现场实际运行参数和换热器设计理论,设计出适用于本工况的缠绕管式换热器,通过冷凝将废气中硅氧烷含量由4 g/m~3降至2.39 g/m~3。然后,根据气液两相流理论,采用数值模拟方法研究了旋流式分离器气相流场运动规律,得到了压力及速度分布,并采用离散相模型和随机轨道模型追踪硅氧烷油滴运动轨迹。进一步通过响应面法分析了旋流分离器主要结构参数的交互作用对分离性能的影响。结果表明:入口速度和排气管直径对分离效率和压降的交互作用显著,排气管插入深度对分离效率影响较大;考虑油滴间的碰撞、聚合和破碎时,油滴聚合明显,流场中部分被捕获的油滴粒径为最大初始粒径的1.5倍;综合考虑压降和分离效率,当排气管插入深度h=217.5 mm,排气管直径De=130 mm,入口速度V=10.5 m/s时为旋流分离器的较优参数组合,且优化前后分离效率提高4.07%。最后,根据硅氧烷回收工艺系统的控制要求和回收流程,采用PLC与上位机相结合的方式完成了控制系统的软硬件搭建。工业现场验证实验结果表明,在温度较低时整体回收效率相对较低;而正常工况条件下废气中硅氧烷的含量可由原来的4g/m~3降为0.358 g/m~3。本文通过理论计算、数值模拟和试验的方法,对工业有机硅生产废气中的硅氧烷进行了回收,研究结果可为有机废气的回收和处理提供理论基础和参考。
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