三种离子液体对二氯甲烷—甲醇体系的汽液相平衡影响以及对应的萃取精馏模拟研究

发布时间：2020-09-12 13:39

　　二氯甲烷和甲醇是在化工生产中常见的有机溶剂,两者在常压下会形成共沸组成为0.849的共沸物,这在工业上常用性价比较高的萃取精馏法来分离。萃取精馏分离共沸物的核心是选用良好的萃取剂。离子液体作为一种特殊的新型绿色离子化合物,具有常温下呈液态,几乎无蒸气压,溶解性能好,高温下状态稳定,无毒环保等优良特性,是一种萃取潜力很大的溶剂。然而目前关于使用离子液体在萃取精馏分离方面的研究偏少,热力学性质方面的数据也不全面,因此本文旨在研究离子液体对二氯甲烷-甲醇共沸物系的实际分离效果,同时研究常见的热力学模型对该物系的关联效果,以扩充对离子液体的研究进展。本文选择了三种离子液体来进行实验,分别是1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Bmim][BF4]),1-己基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([Hmim][NTf2])以及1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([Bmim][NTf2])。1.首先在实验前选择了 24种常见的离子液体,通过UNIFAC模型来使用基团贡献法来分析二氯甲烷以及甲醇在这24种离子液体中的无限稀释活度系数,进而分析出这些离子液体对二氯甲烷以及甲醇的选择性。由此便可得到潜在的能够对二氯甲烷-甲醇物系具有良好分离效果的离子液体。通过该步骤我们选取了[Bmim][BF4],[Hmim][NTf2]以及[Bmim][NTf2]来进行我们的后续实验。2.实验使用的主要装置为改进的Othmer汽液平衡釜,在常压下分别测量了加入不同种类的离子液体,不同浓度的离子液体的二氯甲烷-甲醇共沸物系的汽液相平衡数据,对实验结果进行研究发现,离子液体的加入会使得原共沸物系的汽液相平衡曲线发生偏离,表现为原二元物系间的相对挥发度增大,使得共沸点有消失的趋势,且离子液体的浓度越高,趋势越明显。另外在比较三种离子液体的分离差异时发现在分离能力上[Bmim][BF4][Hmim][NTf2][Bmim][NTf2]。3.本文使用了四种常见的热力学模型来对汽液相平衡数据进行关联:Wilson模型,NRTL模型,UNIQUAC方程以及e-NRTL模型。研究结果表明Wilson模型,NRTL模型,UNIQUAC方程三种热力学模型能够比较好的对含有离子液体的物系进行热力学分析,其平均相对偏差不超过3%。而e-NRTL模型的拟合结果则不太好,不推荐用来对含离子液体的物系进行拟合计算。4.实验最后使用了 Aspen Plus软件来模拟含有离子液体的二氯甲烷-甲醇共沸物系的萃取精馏过程,使用的物性方法为NRTL。模拟结果表明使用离子液体作为萃取剂能够得到高纯度的产品,同时优化了流程中的各项操作参数,如塔板数,回流比,进料位置等,使得在满足产品要求的情况下显著降低了流程的能耗。
【学位单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O642.42
【部分图文】：

流程图,连续萃取,双塔,流程图

其引入回收塔Ｂ中。在回收塔Ｂ中对性质差异较大的重组分和萃取剂进行分离，逡逑由于萃取剂一般蒸气压很低，所以重组分从回收塔顶采出，萃取剂从塔釜采出进逡逑行回收和再加工后进入萃取塔Ａ进行循环利用。整个流程图如图１所示：逡逑３逡逑

拆分方法,离子液体,拆分

第二章甄选离子液体，缺失的数据比较多，在表格中用“一”代替。另外，本表数据（除特别标注２５邋°Ｃ以下测得。逡逑团拆分法原理逡逑选择好后备的离子液体后，在使用ＵＮＩＦＡＣ模型对其进行分析前，液体进行基团拆分。离子液体基团的构造十分复杂，这主要是由于体的相对分子质量偏大，造成其分子结构多，如果按照现在通常的行拆分的话会得到较多的基团种数和基团数量，这会对计算结果的性造成不利的影响。在对离子液体进行拆分前，在这里先简单介绍的几种拆分方法。逡逑

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图３－１汽液平衡实验装置逡逑Ｆｉｇ．３－１邋Ｍｏｄｉｆｉｅｄ邋ｏｔｈｅｍｉ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｄｅｖｉｃｅ逡逑通电铜棒；２，液相采样口；邋３，汽液平衡室；４，温度计；５，冷凝管；６，控器；７，干燥球；８，汽相采样口；邋９，氧气瓶逡逑次实验中，我们采用ＣＥ－２型改进ｏｔｈｍｅｒ汽液平衡釜来进行实验测定核心来搭建本次的实验装置，搭建好的装置如图所示，除平衡釜外，加热器，冷凝器，控制器，温度计，真空泵等。下面来对装置的三进行一个简单的讲解：逡逑１）平衡釜本体逡逑置的主体为ｏｔｈｍｅｒ汽液平衡釜本身，其材质为玻璃，从外壳到内部真空室，汽液平衡室，沸腾室以及加热室。其内部体积约为１２０邋ｃｍ３，始时会加入６０邋ｏｎ３配好的样品，然后通过加热室来对平衡釜的底部进热源为通电铜棒，加热时将其置入加热室并进行固定，其温度可通过。，

【参考文献】