本文關(guān)鍵詞：乙腈水共沸系統(tǒng)分離的離子液體選擇和過程模擬

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【摘要】：乙腈是重要的化工原料和有機(jī)溶劑。乙腈與水的共沸體系的分離是乙腈精制過程中的重大挑戰(zhàn)之一�；陔x子液體沸點(diǎn)高、分離能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),以離子液體為添加劑的萃取精餾技術(shù)備受關(guān)注。本文通過理論預(yù)測和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了乙腈(1)+水(2)+離子液體(3)三元體系的汽液相平衡,采用NRTL方程對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了關(guān)聯(lián),在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了離子液體萃取精餾過程設(shè)計(jì)和模擬,綜合研究了不同離子液體對乙腈與水體系分離的促進(jìn)效應(yīng)。采用COSMO-RS模型預(yù)測和比較了以1-乙基-3-甲基咪唑([EMIM]+)為陽離子,氨基酸為陰離子構(gòu)成的18種氨基酸離子液體及15種季胺類離子液體(包含10種膽堿離子液體)對乙腈-水混合物汽液相平衡的影響,計(jì)算了相互作用能、表面電荷密度分布、混合焓等熱力學(xué)性質(zhì),分析了離子液體對乙腈-水分離的促進(jìn)機(jī)理。參照1-乙基-3-甲基咪唑醋酸([EMIM][OAC])的效果,發(fā)現(xiàn)1-乙基-3-甲基咪唑脯氨酸([EMIM][Pro])具有與[EMIM][OAC]可比擬的效果,比N,N,N-二甲基-丁基乙醇胺乙醇酸([N1,1,4C2OH][GAC])的效果有所超越。系統(tǒng)中不同組分間的相互作用(以氫鍵作用為主)因離子液體的加入而改變,其中離子液體與水的相互作用能最大。水及乙腈分別與離子液體的作用能差異導(dǎo)致乙腈更容易從混合物中逸出。在101.3 kPa下,測定了乙腈(1)+水(2)+[EMIM][Pro](3)和乙腈(1)+水(2)+[N1,1,4CZOH][GAC](3)三元系統(tǒng)的恒壓相平衡數(shù)據(jù)。結(jié)果表明：[EMIM][Pro]、 [NM,4C2OH][GAC]都可促進(jìn)乙腈水混合物的分離。當(dāng)離子液體添加量僅為0.05(摩爾分?jǐn)?shù))時(shí)即可消除乙腈-水的共沸點(diǎn),并且在乙腈的高濃度區(qū)其相對揮發(fā)度能顯著提升。離子液體添加量越大則越易促進(jìn)乙腈與水的分離。利用NRTL模型關(guān)聯(lián)了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),得到了乙腈-離子液體和水-離子液體的二元交互參數(shù),關(guān)聯(lián)的最大偏差為3.42%。利用Aspen plus軟件,選用NRTL熱力學(xué)物性方程,分別模擬了以[EMIM][OAC]、 [EMIM] [Pro]、[N1,1,4C2OH] [GAC]為添加劑的乙腈水精餾過程,研究了塔板數(shù)、原料及添加劑進(jìn)料板位置、添加劑進(jìn)料溫度、回流比、溶劑比、采出率對萃取精餾的影響。從分離效果及節(jié)能的角度而言,[EMIM][Pro]成為一種潛在的高效價(jià)廉且更環(huán)境友好的乙腈-水混合物的分離添加劑。本文為離子液體在乙腈水共沸物分離中的應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論參考。
【關(guān)鍵詞】：乙腈 離子液體 汽液相平衡 COSMO-RS 精餾
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ226.61;O645.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 文獻(xiàn)綜述11-19
• 1.1 研究背景和意義11
• 1.2 離子液體概述11-13
• 1.2.1 離子液體定義和分類11-12
• 1.2.2 離子液體的性質(zhì)12
• 1.2.3 離子液體的合成和應(yīng)用12-13
• 1.3 含離子液體體系相平衡研究方法13-14
• 1.3.1 實(shí)驗(yàn)研究13-14
• 1.3.2 理論預(yù)測14
• 1.4 離子液體對乙腈水混合物相平衡研究進(jìn)展14-16
• 1.4.1 普通咪唑類14-15
• 1.4.2 氨基酸類15-16
• 1.4.3 季胺類16
• 1.5 萃取精餾過程模擬16-17
• 1.5.1 精餾模擬16-17
• 1.5.2 離子液體萃取精餾模擬17
• 1.6 本文研究內(nèi)容及意義17-19
• 第2章 COSMO-RS方法篩選可促進(jìn)乙腈水共沸物分離的離子液體19-34
• 2.1 引言19
• 2.2 相平衡預(yù)測19-28
• 2.2.1 分子設(shè)計(jì)20-24
• 2.2.2 計(jì)算細(xì)節(jié)24
• 2.2.3 相平衡預(yù)測結(jié)果24-28
• 2.3 熱力學(xué)分析28-33
• 2.3.1 電荷密度分布28-29
• 2.3.2 過量焓分析29-31
• 2.3.3 相互作用分析31-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 第3章 含離子液體的乙腈水體系汽液相平衡的測定和關(guān)聯(lián)34-44
• 3.1 引言34
• 3.2 汽液相平衡測定34-36
• 3.2.1 藥品34
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)裝置及研究方法34-35
• 3.2.3 相平衡測定步驟35-36
• 3.3 汽液平衡實(shí)驗(yàn)結(jié)果36-39
• 3.3.1 可靠性驗(yàn)證36-37
• 3.3.2 三元相平衡測定結(jié)果37-39
• 3.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和COSMO-RS預(yù)測結(jié)果比較39-41
• 3.5 汽液相平衡數(shù)據(jù)NRTL關(guān)聯(lián)41-42
• 3.6 本章小結(jié)42-44
• 第4章 乙腈-水共沸體系萃取精餾的過程模擬44-55
• 4.1 引言44
• 4.2 概念設(shè)計(jì)44-46
• 4.2.1 分離流程設(shè)計(jì)44-45
• 4.2.2 熱力學(xué)模型選擇45
• 4.2.3 離子液體物性參數(shù)確定45-46
• 4.3 精餾條件的確定46-50
• 4.3.1 全塔理論板數(shù)的影響46-47
• 4.3.2 進(jìn)料板位置的影響47-48
• 4.3.3 離子液體進(jìn)料流量和溫度的影響48-49
• 4.3.4 回流比的影響49-50
• 4.3.5 塔頂采出量的影響50
• 4.4 不同離子液體萃取精餾過程的比較50-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 第5章 全文總結(jié)55-56
• 附錄56-62
• 參考文獻(xiàn)62-71
• 致謝71-72
• 發(fā)表論文及專利成果72

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本文編號：1036633