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研究生:黃齡儀
研究生(外文):Ling I Huang
論文名稱:利用蒸餾固化法分離純化氯酚異構物
論文名稱(外文):Separation of chlorophenol isomers by distillative freezing process
指導教授:蕭立鼎
指導教授(外文):L. D. Shiau
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:化工與材料工程研究所
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
論文頁數:98
中文關鍵詞:蒸餾固化法氯酚分離
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蒸餾固化法(Distillative Freezing Process,簡稱DF)是一種新式的分離技術,同時結合了蒸餾和結晶兩種傳統分離方法。將母液進料操作在低溫低壓且處於三相平衡下,使母液同時汽化與結晶,母液結晶時產生的熱量可以提供母液汽化時所需的熱量。最終母液會完全消失,所得之產物為純的固體結晶,因此不需要再經過洗晶過濾等步驟。
本研究利用蒸餾固化法分離純化氯酚異構物(對氯酚/間氯酚/鄰氯酚)。由於對氯酚與間氯酚兩異構物的沸點接近,若利用傳統蒸餾法較不易分離。實驗結果發現,藉由改變操作的溫度與壓力,純化富含對氯酚混合物可將濃度從90%純化至93%~98%+,回收率約在12%~59%。另一方面,經由DF 法自氯酚異構物中分離間氯酚與鄰氯酚是相當困難的。
DF is applied in this study to separate the mixture consisting of p-chlorophenol, m-chlorophenol and o-chlorophenol. Due to the close boiling points, it is very difficult to separate them by conventional distillation. The DF experiments show that, depending on the operating
temperature and pressure, p-chlorophenol can be purified from 90% to 93%~98% in the p-chlorophenol-enriched mixture. The recovery rate ranges from 12% to 59%. On the other hand, it is difficult to separate m-chlorophenol and o-chlorophenol from the chlorophenol isomers by DF.
In principle, DF is operated at triple point condition, in which the liquid mixture is simultaneously vaporized and crystallized due to the three-phase equilibrium. Thus, DF combines distillation and crystallization to produce pure crystals. The process can be continued until the liquid phase is completely eliminated and only the pure solid
crystals remain in the feed. Thus, filtration or centrifugation is not needed to separate the solid crystals from the mother liquor since no mother liquor is present with the pure crystals.
目錄
長庚大學博碩士論文著作授權書...........................iii
誌謝................................................iv
中文摘要.............................................v
Abstract............................................vi
目錄................................................vii
圖目錄...............................................ix
表目錄................................................xi
第一章 緒論......................................... - 1 -
第二章 文獻回顧..................................... - 3 -
2-1 氯酚異構物簡單介紹.............................. - 3 -
2-2 製備方法....................................... - 4 -
2-3 研究目標....................................... - 5 -
第三章 蒸餾固化法................................... - 11 -
3-1 簡介.......................................... - 11 -
3-2 分離原理....................................... - 11 -
3-3 優點與特色..................................... - 12 -
3-4 相圖繪製....................................... - 13 -
3-4-1 雙成份系統................................... - 13 -
3-4-2 三成份系統共晶線...............................- 16 -
3-5 多成份DF 模擬程序分析條件....................... - 17 -
第四章 實驗設備與實驗方法............................ - 25 -
4-1 實驗藥品與設備.................................. - 25 -
4-2 蒸餾固化法設備裝置............................... - 26 -
4-3 冷凍機蒸餾固化法設備............................. - 27 -
4-5-1 雙成分系統.................................... - 28 -
4-5-2 三成分系統................................. - 29 -
4-5 實驗方法........................................ - 29 -
第五章 結果與討論.................................... - 40 -
5-1 雙成份系統 (對氯酚/間氯酚) ................. - 40 -
5-1-1 從對氯酚和間氯酚混合物中純化對氯酚................. - 40 -
5-1-2 從對氯酚和間氯酚混合物中純化間氯酚................. - 42 -
5-2 三成份系統 (對氯酚/間氯酚/鄰氯酚) .................. - 44 -
5-2-1 從氯酚異構物中純化對氯酚........................ - 44 -
5-2-2 從氯酚異構物中純化間氯酚........................ - 45 -
5-2-3 從氯酚異構物中純化鄰氯酚....................... - 46 -
5-3 DF 實驗結果與模擬結果與實驗誤差的可能原因....... - 47 -
第六章 結論....................................... - 79 -
符號說明................... - 80 -
參考文獻...................................... - 83 -

圖目錄
Fig. 1-1 低壓下雙成份系統的相圖..................... - 2 -
Fig. 3-1 不同壓力下之二成份相圖變化(溫俊清, 2006)..... - 19 -
Fig. 3-2 雙成份相圖繪製流程 (Shiau et al., 2005)..... - 20 -
Fig. 3-3 常壓下(P=1 atm)時的相圖(實線為本研究模擬;虛線為文獻中
實驗值Lee et al., 2005)............................ - 21 -
Fig. 3-4 低壓下(P=40 Pa)時的相圖(本研究模擬)......... - 22 -
Fig. 3-5 p-CP / m-CP / o-CP 三成份系統共晶線相圖..... - 23 -
Fig. 3-6 多成分系統DF 操作程序單元示意圖.............. - 24 -
Fig. 4-1 冷凍機蒸餾固化法裝置圖.............. - 32 -
Fig. 4-2 冷凍機蒸餾固化設備的整體外觀照片........... - 33 -
Fig. 4-3 冷凍機蒸餾固化設備的系統桶槽內部照片......... - 34 -
Fig. 4-4 中國層析9800 型氣相層析儀整體外觀照片........ - 35 -
Fig. 4-5 雙成分系統純化對氯酚之校正曲線.............. - 36 -
Fig. 4-6 雙成分系統純化間氯酚之校正曲線.......... - 36 -
Fig. 4-7 三成份系統純化對氯酚之校正曲線............. - 37 -
Fig. 4-8 三成份系統純化間氯酚之校正曲線............. - 37 -
Fig. 4-9 三成份系統純化鄰氯酚之校正曲線.............. - 38 -
Fig. 4-10 DF 實驗操作流程......................... - 39 -
Fig. 5-1 雙成份系統純化對氯酚的DF 模擬三相溫度、壓力操作曲線
........ - 66 -
Fig. 5-2 雙成份系統純化90%對氯酚實驗結果與模擬結果比較.. - 67 -
Fig. 5-3 雙成份系統純化95%對氯酚實驗結果與模擬結果比較.. - 68 -
Fig. 5-4 雙成份系統純化97、98%對氯酚實驗結果與模擬結果比較…
........ - 69 -
Fig. 5-5 雙成份系統純化間氯酚的DF 模擬三相溫度、壓力操作曲線
.................. - 70 -
Fig. 5-6 雙成份系統純化90%間氯酚實驗結果與模擬結果比較.. - 71 -
Fig. 5-7 雙成份系統純化95、97%間氯酚實驗結果與模擬結果比較…
........................... - 72 -
Fig. 5-8 三成份系統純化90%對氯酚的操作曲線..... - 73 -
Fig. 5-9 三成份系統純化90%對氯酚實驗結果與模擬結果比較.. - 74 -
Fig. 5-10 三成份系統純化90%間氯酚的操作曲線......... - 75 -
Fig. 5-11 三成份系統純化90%間氯酚實驗結果與模擬結果比較- 76 -
Fig. 5-12 三成份系統純化90%鄰氯酚的操作曲線......... - 77 -
Fig. 5-13 三成份系統純化90%鄰氯酚實驗結果與模擬結果比較- 78 -

表目錄
Table 2-1 氯酚異構物之物理性質.............. - 6 -
Table 2-2 氯酚異構物之化學特性................ - 7 -
Table 2-3 氯酚異構物之物性方程式............ - 8 -
Table 4-1 雙成份系統純化對氯酚校正曲線濃度配製....... - 31 -
Table 4-2 雙成份系統純化間氯酚校正曲線濃度配製........ - 31 -
Table 4-3 三成份系統純化對氯酚校正曲線濃度配製........ - 31 -
Table 4-4 三成份系統純化間氯酚校正曲線濃度配製........ - 31 -
Table 4-5 三成份系統純化鄰氯酚校正曲線濃度配製...... - 31 -
Table 5-1 進料20g,進料重量分率Xp:Xm=0.90:0.10,純化對氯酚,
DF 模擬程序分析結果(△T=2.1C)............. - 49 -
Table 5-2 進料20g,進料重量分率Xp:Xm=0.95:0.05,純化對氯酚,
DF 模擬程序分析結果(△T=2.1C)............... - 50 -
Table 5-3 進料20g,進料重量分率Xp:Xm=0.97:0.03,純化對氯酚,
DF 模擬程序分析結果(△T=1.4C)................. - 51 -
Table 5-4 進料20g,進料重量分率Xp:Xm=0.98:0.02,純化對氯酚,
DF 模擬程序分析結果(△T=1.1C)............... - 52 -
Table 5-5 雙成份系統純化對氯酚模擬結果與實驗結果比較... - 53 -
Table 5-6 進料20g,進料重量分率Xp:Xm=0.10:0.90,純化間氯酚,
DF 模擬程序分析結果(△T=1.5C)........ - 54 -
Table 5-7 進料20g,進料重量分率Xp:Xm=0.05:0.95,純化間氯酚,
DF 模擬程序分析結果(△T=1.5C)............ - 55 -
Table 5-8 進料20g,進料重量分率Xp:Xm=0.03:0.97,純化間氯酚,
DF 模擬程序分析結果(△T=1.6C)......... - 56 -
Table 5-9 雙成份系統純化間氯酚模擬結果與實驗結果比較... - 57 -
Table 5-10 進料20g,進料重量分率Xp:Xm:Xo =0.90:0.05:0.05,
純化對氯酚,DF模擬程序分析結果(△T=2C) ......... - 58 -
Table 5-11 進料20g,進料重量分率Xp:Xm:Xo =0.90:0.03:0.07,
純化對氯酚,DF模擬程序分析結果(△T=2C)......... - 59 -
Table 5-12 三成份系統純化對氯酚進料與出料經GC 分析後濃度比較
........................................ - 60 -
Table 5-13 三成份系統純化對氯酚模擬結果與實驗結果比較.... - 61 -
Table 5-14 進料20g,進料重量分率Xp:Xm:Xo =0.05:0.90:0.05,
純化間氯酚,DF模擬程序分析結果(△T=2.3C) ...... - 62 -
Table 5-15 三成份系統純化間氯酚進料與出料經GC 分析後濃度比較
......................................... - 63 -
Table 5-16 三成份系統純化間氯酚模擬結果與實驗結果比較.. - 63 -
Table 5-17 進料20g,進料重量分率Xp:Xm:Xo =0.05:0.05:0.90,
純化鄰氯酚,DF模擬程序分析結果(△T=2C)......... - 64 -
Table 5-18 三成份系統純化鄰氯酚進料與出料經GC 分析後濃度比較
- 65 -
Table 5-19 三成份系統純化鄰氯酚模擬結果與實驗結果比較....... - 65 -
參考文獻
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