硫酸銨分離及回收系統之分析與改善

Analysis and Improvement of Ammonium Sulfate Separation and Recovery System

黃章霖

指導教授 ： 鄭西顯

國立清華大學/工學院/化學工程學系/碩士(2013年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2013.00344

摘要

本研究針對硫酸銨(Ammonium Sulfate)廢液分離系統進行分析與評估，含鹽類的溶液系統的準確模型與精確的熱力學數據一直都是工業界渴望取得的資料，原因在於鹽類溶液系統存在於大量的製程中，其中含高濃度鹽類的溶液系統的分離程序需要這些數據來進行蒸餾塔的設計，該系統被稱為混和溶劑鹽類系統(Mixed-Solvent Electrolyte System)。溶液系統中鹽類的離子作用力影響了整個溶液系統，解離後的離子以不同比例分布於各個溶液中，其中溶解後的鹽類傾向於存在於特定單一成分產生鹽析現象(Salt-Out)，這現象使得具有揮發性的雙成分溶液系統的相對揮發度、蒸氣壓與溶液之間的溶解度造成改變，鹽類溶液系統的液氣平衡與溶液系統(不含鹽類的溶液)造成偏差，因此進行分析前必須選用合適的熱力學模型來描述溶液系統的偏差。本研究主要關注於含鹽類溶液的蒸餾程序，其中溶液系統含有有機物(Polymer、Methanol)、水與鹽類硫酸銨，主要考慮的成分為水、甲醇與硫酸銨，其中硫酸銨含35wt%；製程目標為有效率的分離甲醇與硫酸銨水溶液，期望於塔頂回收95wt%甲醇、塔底甲醇殘留低於0.1wt%。本研究利用模擬與實驗來進行分析並交互佐證，首先採用簡化的方法來進行蒸餾塔的模擬並推測蒸餾系統的分離效率，為了確保蒸餾塔塔底再沸段實驗操作上不會於液相中產生鹽類固體的析出，更進一步利用VLE(Vapor-Liquid Equilibrium)實驗與蒸餾實驗進行相態與bubble point上的比對。混和溶劑鹽類系統的模型尚需大量的實驗數據來進行佐證，其中含高濃度鹽類的溶液系統實驗中鹽析現象增加了擷取數據的困難，本研究藉由實驗設備設計面與操作技巧來減緩實驗中氣液介面鹽析的產生，成功取得液氣平衡條件下的實驗數據，實驗結果與模型值十分接近，確認了熱力學模型的準確性，液相中不會有鹽類析出的現象使得塔的操作上不會產生鹽類固相堵塞管線的情形。

關鍵字

硫酸銨

參考文獻

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