ND型吸附剂用于纯苯脱水的实验研究.pdf

2 0 1 0 年7 月 第4 l 卷第4 期 燃料与化工 F u e l C h e m i c a lP r o c e s s e s 4 7 N D 型吸附剂用于纯苯脱水的实验研究 袁康入朱志敏z 刘晓勤2刘定华： ( 1 上海宝钢化工有限公司，上海2 0 0 9 4 2 ；2 南京工业大学化学化工学院，南京2 1 0 0 0 9 ) 摘要：上海宝钢化工有限公司L i t o l 苯加氢装置生产的纯苯产品中存在微量水分，影响产品质量。采用N D 型吸 附剂进行纯苯脱水的实验，对微量水在吸附剂上的静态等温吸附、吸附动力学、固定床动态吸附进行了研究。实验 表明。N D 型吸附剂脱水效果较好。实验结果可为工业化设计提供依据。 关键词：吸附剂纯苯脱水实验研究 中图分类号：T Q 5 2 2 6 2 文献标识码：A文章编号：1 0 0 1 - 3 7 0 9 ( 2 0 1 0 ) 0 4 埘4 7 0 4 E x p e r i m e n t a ls t u d yo nb e n z e n ed e h y d r a t i o n 、订t hN Da d s o r b e n t Y u a nK a n g m lZ h uZ h i m i n 2L i uX i a o q i n 2 “uD i n g h u a 2 ( 1 S h a n g h a iB a o S t e e lC h e m i c a l C o ，L t d ，S h a n g h a i2 0 0 9 4 2 ，C h i n a ； 2 N a n j i n gU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ，N a n j i n g2 1 0 0 0 9 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：T r a c em o i s t u r eW i l l 8e x i s t e di np u r eb e n z e n ep r o d u c t sp r o d u c e df r o mB e n z o l - r e f i n i n gu n i to f “t o l p r o c e s so fS h a n g h a iB a o s t e e lC h e m i c a lC o ，L t d ，w h i c hc a ni n f l u e n c et h ep r o d u c tq u a l i t y T h ed e h y d r a t i o n e x p e r i m e n tw a sc o n d u c t e dw i t hN Da d s o r b e n t ，t h es t u d yo fs t a t i ci s o t h e r m a la d s o r p t i o n ，a d s o r p t i v ek i n e t i c s o fa d s o r b e n t ，a n dd y n a m i ca d s o r p t i o no ff i x e db e do nt r a c em o i s t u r ew a sm a d e E x p e r i m e n ts h o w e dt h a tt h e d e h y d r a t i o ne f f e c to fN Da d s o r b e n tW a sb e t t e r ，t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l tC a l lo f f e rab a s i sf o rc o m m e r c i a ld e - s i g n K e yw o r d s ：A d s o r b e n t B e n z e n ed e h y d r a t i o n E x p e r i m e n t a ls t u d y 苯类产品主要分为石油苯和焦化苯两大类目 前焦化苯产能只占总产能的2 0 其余为石油苯。 上海宝钢化工有限公司引进的L i t o l 苯加氢装置生 产焦化苯类产品。经精制后得到的纯苯还有微量水 分残留在产品中。含量为3 0 0 5 0 0 m g k g 。微量水 分会影响产品的使用性能和贮存安定性，可能会使 下游用户的催化剂中毒失活或者造成产品不稳 定，易生成胶状沉淀等。为提高产品质量。必须脱 除纯苯中的微量水分，以提升产品的市场竞争力。 1 试验部分 1 1 实验仪器与药品 实验过程中所用试剂和仪器见表1 和表2 。 1 2 实验方法 1 ) 吸附剂的预处理。将自制的N D 型吸附剂 置于马弗炉中保持3 5 0 。C 活化3 5 h 后，放入真空干 收稿日期：2 0 l 1 2 0 作者简介：袁康入( 1 9 7 5 一) ，男，工程师 燥器中作为吸附剂备用。 襄1实验药品一览表 表2 实验仪器一览裹 2 ) 静态吸附实验。称取2 9 左右的吸附剂置于 锥形瓶中，量取2 0 0 r a L 的L i t o l 纯苯( 含水量 万方数据 燃料与化工 F u e l C h e m i c a lP r o c e s s e s J u l 2 0 1 0 V 0 1 4 lN o 4 3 2 6 m g k g ) 注入其中，把锥形瓶瓶口密封。放人转 速和温度一定的恒温水浴摇床中吸附2 4 h 至平衡 后。取样对含水量进行分析。 3 ) 吸附动力学实验。吸附动力学实验在特制 的1 5 0 m L 锥形瓶中进行。溶液体积为l O O m L 加 入一定量的N D 型吸附剂，保持恒温。为了消除外 扩散的影响，以3 0 0 r m i n 的转速进行搅拌。以l h 内浓度不再发生变化为实验的吸附终点。 4 ) 动态吸附实验。动态吸附装置见图1 。 氮气钢瓶 原料贮罐 柱塞计量泵产品贮罐 图1 单塔液相吸附装置示意图 门 固定床吸附器是外径为2 0 m m 。高度为3 0 0 m m 的不锈钢管，内部装填一定质量的N D 型吸附剂。 原料液( 浓度为c 0 ) 由柱塞计量泵控制，流量保 持稳定，从下而上流过床层，定时在出口处取样检 测产品的含水量( G ) 。 5 ) 实验分析方法。水分分析方法采用卡尔费 休库仑法。其原理是利用水与碘定量反应生成碘化 氢，在含有碘化氢、吡啶及三氧化硫的有机溶液 中，通过电解使溶液中碘化氢在阳极又氧化成碘， 如此重复进行。直到试剂中的水全部反应完为止。 反应的终点用一对铂电极组成的指示系统来确定。 主要反应方程式如下： 1 2 + S 0 2 + H 2 0 = 2 H I + S 0 3 2 I - - 2 e = 1 2 按照法拉第定律电解产生的碘与所消耗的电 量成正比。由方程式可见，1 m o l 碘与1 m o l 水反 应，因此由下式可以得到样品中水的质量： I V _ - 黑：j L (1)5009 6n1 07 2 2 ”7 式中：形为样品中水的质量，m g ；C 为电解所消 耗的电量，m e ；M 为水的分子量；n 为电子转移 数；i 为电解过程中的平均电流，m A ；f 为时间， S ；9 65 0 0 为法拉第常数：1 07 2 2 相当于每滴定 l m g 水所需的电量，m c m g 。 6 ) 实验数据处理。吸附剂性能用吸附量来评 价，计算公式如下。 q = ( C 卜C ) V 胛 ( 2 ) 式中：q 为吸附量，m g g ；C o 为吸附前吸附质的初 始浓度，m s L ；C 为吸附后溶液中吸附质的浓度。 m g L ；V 为溶液体积，L ；形为吸附剂质量，g 。 2 实验结果与讨论 2 1 静态等温吸附平衡实验结果 实验中测定了2 5 。( 2 时的纯苯产品( 含水量3 2 6 m g k g 、中微量水在N D 型吸附剂上的静态吸附等 温线，见图2 。用描述吸附平衡的常用形式F r e u n d l i c h 模型来拟合，其方程形式如下： l q = k c “( 3 ) 式中：q 为吸附平衡量，m 以；c 为焦化苯中水的 平衡浓度，m g L ；j 【为方程常数：n 1 。拟合得到 的模型参数见表3 。从图2 和表3 的结果可知，在 浓度范围内。F r e u n d l i c h 模型能较好描述N D 型吸 附剂对水的吸附( C e 为试验测试条件下焦化苯中水 的平衡浓度) 。 图22 5 。C 时微量水在N D 型吸附剂上的静态吸附等温线 表3F r e u n d l i c h 模型拟合参数结果 2 2 吸附动力学研究 吸附动力学讨论的是吸附质在吸附剂上的吸附 和扩散速度。吸附过程中吸附质在吸附剂上的扩散 机理是很复杂的，一般认为可以分成以下三步，其 中最慢的速度起控制作用。 1 ) 在吸附剂周围的流体界膜内组分物质的 迁移速度即外扩散。 万方数据 2 0 1 0 年7 月 第4 l 卷第4 期 燃料与化工 F u e 】C h e m i c a IP r o c e s s e s4 9 2 ) 在吸附剂颗粒内，被吸附组分的扩散速度 即颗粒内扩散。 3 ) 吸附剂内部表面上的扩散速度即内表面扩 散。 通常情况下，使用吸附剂的体系，由于第3 种 速度是很快的，故它的影响可以忽略不计实验过 程中保证一定的搅拌速度消除了外扩散的影响因 此颗粒内的扩散为控制步骤。利用动力学曲线再 选用合适的数学模型进行拟合。即可求出扩散系 数。实验测定了2 5 下纯苯产品( 含水量3 2 6 m 非g ) 中微量水在N D 型吸附剂上的动力学数据， 测定结果见表4 。 表4L i t o l 苯产品中微量水的吸附动力学数据 絮ol 2 3 45 78 I I1 4 1 51 61 7 竖附兰0 02 4 02 6 53 4 03 9 34 5 34 9 75 3 05 5 45 7 95 8 05 9 05 9 0 ，m g g 。 本文选用C r a n k 的单孔扩散模型，其方程如 下： 器= 1 一争荟e x p 【- n 2 矛譬】 ( 4 ) 式中：尬代表t 时刻吸附容量，m g g ；眠代表终 了时刻吸附容量，m g g ；n 为自然数；r 为吸附剂 颗粒半径，本文取为0 0 0 2 m 。 将上式展开，当t 较大的时候，该式可以迅速 收敛，因为级数各高次项的总值很小，所以当半 r o 1 时，取第一次近似已经足够，误差小于2 。 通过式( 4 ) 对动力学数据进行计算，求取水在N D 型吸附剂上的有效扩散系数及为1 8 7 x 1 0 - 7 c m 2 s ， 在2 5 时，扩散系数在l O - S 1 0 4 数量级上。说明 了该过程内扩散为控制步骤。拟合结果见图3 。由 图3 可知用C r a n k 模型来拟合该动力学数据其结 果吻合较好此模型可以用来描述水在N D 型吸附 剂上的吸附过程。 2 3 固定床动态穿透曲线 穿透曲线是吸附器操作动态的重要特征曲线 反映了流动相和固定相的吸附平衡关系、吸附动力 学和传质机理。是吸附过程设备设计和操作的主要 依据，可以确定吸附过程的基本工艺参数、可能达 到的净化度、固定床中传质层的情况等。影响固定 床吸附动态穿透曲线的因素很多。如吸附剂的类 型、床层高度、进料速度( 停留时间) 和进料浓度 等，在吸附剂固定不变的情况下考察其他因素对 穿透曲线的影响对吸附操作的工艺设计起着重要的 作用。本实验中测定了不同床层高度、不同停留时 间和不同初始浓度下的穿透曲线操作温度为 2 5 。 一 攀 喜 圈32 5 下微量水在N D 型吸附剂上的吸附动力学曲线 1 ) 停留时间对穿透曲线的影响。停留时间是 吸附操作过程的重要参数，因此讨论它对穿透曲线 的影响是必要的。实验中考察了含水初始浓度为 3 2 6 m g k g ，床层