不同基团离子液体对丙酮-甲醇物系分离过程影响的研究

发布时间：2020-09-03 14:17

　　丙酮和甲醇作为重要的有机溶剂和化工原料在化学工业上具有非常重要的地位。常压下,二者会形成共沸物,普通的精馏方法无法将其分离。本文采用萃取精馏技术来分离共沸物系。而萃取剂是萃取精馏过程中的关键,因此选择合适的萃取剂是本文工作的重点。离子液体作为一种绿色无毒的新型萃取剂有非常重要的应用价值,引起了研究者们的广泛注意。本文采用COSMO-RS方法,并结合文献报道,对用于分离丙酮-甲醇体系的离子液体进行了筛选,选择了10种阴离子和10种阳离子组成的100种离子液体作为筛选对象,为了探究不同基团的离子液体对丙酮-甲醇体系分离效果的影响,最终选择并合成了三种离子液体:1-丙基-3-甲基咪唑溴盐([PMIM]Br)、1-烯丙基-3-甲基咪唑溴盐([AMIM]Br)和1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐([AMIM]Cl),并对其结构进行表征,分析了其纯度以及含水量。然后通过气液相平衡实验测得丙酮+甲醇和丙酮+甲醇+离子液体的二元、三元气液平衡数据。结果显示,离子液体的加入对丙酮-甲醇的相平衡行为有显著的影响,并且丙酮对甲醇的相对挥发度有较大的提高,三种离子液体都能打破共沸现象,三种离子液体的分离效果为:[AMIM]Cl[AMIM]Br[PMIM]Br,且与COSMO-RS筛选的结果一致。最后,使用NRTL模型对实验数据进行关联,关联结果表明实验值与拟合值吻合程度较好,证明NRTL模型适用于该体系的数据关联。
【学位单位】：沈阳化工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ21;TQ028
【部分图文】：

示意图,连续萃取,精馏流程,示意图

萃取精馏工艺，通常都是以连续萃取精馏的形式被广泛地用于化工生产中[22-25]，苯和甲苯的回收、间二氯苯和对二氯苯的分离、烷烃和烯烃的分离等[26]，对 CED 过的研究比较全面和熟练，关于操作、塔的特性和设计等各方面[27]都有大量报道的文献但是仍然有一些问题需要解决，如需要特定的溶剂回收塔及设备投资金额较大等。（2）间歇萃取精馏 BED（Batch Extractive Distillation）间歇萃取精馏技术是由 Berg 于 1955 年首次提出的一种操作方式[28-30]，在实际工生产中，一些生产量较小或者进料组成改变频繁的产品生产过程中，一般采用间歇萃

示意图,间歇萃取,精馏,示意图

间歇萃取精馏技术结合了间歇精馏技术和萃取精馏技术的优点[34]：设备投资较小用尽量少的塔设备将多组分混合物分离，得到多个产品。但由于间歇萃取精馏的过程较为复杂，溶剂在回收前会大量的堆积在再沸器中，需要较大的再沸器体积，因此增加了能耗以及设备的成本。Safrit 等人设计出了一种带有中间储罐的精馏塔，解决了间歇萃取精馏操作成本高，热负荷大的问题[35,36]。1.2.4 萃取剂的分类萃取剂的选择性和被分离组分的极性有关，也就是相似相溶原理[37]。按照其生成氢键能力的强弱可将萃取剂分为以下五种基本类型[38]：N 型溶剂：它们不能形成氢键，分子与分子之间电负性较小。如苯、环己烷、四氯化碳等，不可形成氢键。A 型溶剂：即接受电子的溶剂。如溴代乙烷、氯代丁烷等，可形成氢键。B 型溶剂：即给予电子的溶剂。如丙酮、丁酮、甲醛和乙酸乙酯等，可形成氢键。ABⅠ型溶剂：即可接受可给予电子的溶剂。如水、甲醇、乙醇、醋酸等，可形成氢键。

离子液体,季铵类,季磷,咪唑类

沈阳化工大学硕士学位论文第一章文献综述离子液体一般是由较大的有机阳离子和较小的有机或无机阴离子组成，因为阴、阳离子的数量相同，使得整体上呈现电中性。与传统的有机溶剂相比，离子液体具有不易挥发、不易燃、溶解性较好等特点，故作为一种新型的萃取剂受到广泛关注。国际期刊上发表的 SCI 论文数量从 1996 年的几篇以指数速度增加到 2017 年的 6000 多篇，超过了其他科学领域的年增长率。1.3.2 离子液体分类离子液体作为绿色溶剂被广泛使用，不仅仅因为离子液体的一些基本的物化性质，更是因为离子液体的可设计性强，工业应用性强。离子液体的数量繁多[52]，是由于组成离子液体的阴、阳离子种类也比较多，常见的阴离子[54,55]结构如图 1-3 所示；阳离子[53]主要为有机阳离子，并且可以根据阳离子种类的不同对离子液体进行分类，主要包括咪唑类、吡啶类、哌啶类、吡咯类、唑烷类、喹啉类、季磷类、季铵类等，结构式如图 1-4所示。目前研究较多的主要为含有咪唑类、吡啶类、季磷类与季铵类四种阳离子的离子液体。

【参考文献】