低共熔溶剂在苯和环己烷萃取精馏中的应用

发布时间：2020-06-16 11:12

【摘要】：苯和环己烷是芳烃和非芳烃体系中最难分离的二元组分,探寻苯和环己烷的高效分离技术一直是当前石油化工分离领域探究的热点之一。萃取精馏是芳烃和非芳烃分离的常用工艺,一般使用二甲基亚砜、环丁枫等作为萃取剂,但是存在萃取剂相对用量大、易挥发、能耗高、投资高等缺点。因此开发绿色高效萃取剂一直是芳烃分离领域的研究热点。低共熔溶剂作为新型绿色溶剂,其结构、性质与氢键供体和受体的组合可调,在萃取精馏领域具有巨大的应用潜力。本文制备了三种低共熔溶剂DES1、DES2和DES3,系统研究了低共熔溶剂的物性特征和结构,在常压常温下进行苯-环己烷-低共熔溶剂的汽液相平衡实验,分析筛选出最佳萃取剂为DES1,最佳氢键受体和供体摩尔配比为1:2,最佳摩尔浓度为0.1,结果表明:加入DES1(1:2)(摩尔浓度0.1)体系的相对挥发度全浓度范围内大于1(α1),具有最好的萃取效果。针对低共熔溶剂的设计和优化过程进行汽液平衡模型化研究,利用UNIQUAC、NRTL和Wilson三种热力学模型对苯-环己烷-低共熔溶剂汽液相平衡数据进行拟合,通过比较相关指数R2选择最佳适用热力学模型为NRTL,得出了模型参数。其中苯-环己烷-DES1(1:2)(摩尔浓度0.1)体系R2为0.8771,NRTL模型二元交互作用参数为:Aij,-17.895;Aji,,26.168;Bij,10000;bji,-10000;Cij,0.1717(i=环己烷,j=苯)。机理分析结果表明有萃取效果的低共熔溶剂即DES1(1:2)与苯之间存在较强的氢键和π-π键作用,这种作用打破了苯和环己烷共沸物;无萃取效果的低共熔溶剂与苯之间的氢键和π-π键作用较弱,验证了低共熔溶剂的筛选结果。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ028.3;TQ202
【图文】：

相图,汽液平衡,相图,液液萃取

逡逑图１．３为苯和环己烷汽液平衡相图，可以看到，达到共沸时，苯气液两相摩逡逑尔分数相同，两者相对挥发度为１邋（ａ＝ｌ），共沸物组成为摩尔比５５：４５邋（苯：环逡逑己烷），此组成为此二元混合物用普通精馏所能达到的最高浓度。逡逑Ｉ逦逡逑Ｓ邋．逦／逡逑１０４逦Ｚ逡逑0．0邋４＾逦逦逦１逦■逦１逦■逦１逦逦逦．逦逦逦逡逑０．０逦０．２逦０．４逦０．６逦０．８逦１．０逡逑Ｘ－液相中苯的摩尔分数逡逑图１．３苯和环己烷汽液平衡相图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．３邋Ｔｈｅ邋ｖａｐｏｒ－ｌｉｑｕｉｄ邋ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ邋ｐｈａｓｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｂｅｎｚｅｎｅ邋ａｎｄ邋ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｅ逡逑１．４．１液液萃取技术逡逑液液萃取是根据溶解度不同实现分离的方法。适合采用液液萃取分离的情况逡逑是：１）混合液的相对挥发度小或者形成共沸物；２）混合液浓度较低，采用精馏逡逑方法能耗太大；３）混合液含热敏性物质；４）溶剂对混合液两组分具有较高的选逡逑择性；５）溶剂在被分离混合物中溶解性要小；６）溶剂与被分离组分之间的相对逡逑挥发度较大（陈敏恒等，２０１０）。在工业上一般需要经过反复多次萃取（也叫逡逑多级萃取），才能将绝大部分目标组分提取出来。逡逑环己烷和苯液液萃取常用萃取剂为挥发性的有机极性溶剂，例如二甲基亚逡逑砜、Ｎ－甲酰吗琳、Ｎ－甲基吡咯烷酮、环丁砜等。目前开发的具有潜力的萃取剂有逡逑加盐复合溶剂Ｎ，Ｎ－二甲基甲酰胺和硫氰酸钾（董红星等，２０１０）、超支化铵盐逡逑（杨磊磊

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图１．４苯和环己烷萃取精馏装置流程图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．４邋Ｆｌｏｗ邋ｃｈａｒｔ邋ｏｆ邋ｂｅｎｚｅｎｅ邋ａｎｄ邋ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｅ邋ｅｘｔｒａｃｔｉｖｅ邋ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ邋ｕｎｉｔ逡逑工业上苯和环己烷萃取精馏过程如图１．４所示，本装置由萃取精馏塔和溶剂逡逑回收塔组成，萃取剂从萃取精馏塔上部加入，芳烃和非芳烃（主要为苯和环己烷）逡逑从萃取精馏塔中部加入，塔内部经过汽液相平衡作用，提纯后的环己烷产品从塔逡逑上部蒸出，萃取剂携带苯从塔釜流出，进入溶剂回收塔回收其中的萃取剂，提纯逡逑后的苯从塔上部蒸出，萃取剂从塔釜流出，回到萃取精馏塔，进行萃取剂再循环，逡逑由于整个过程中萃取剂会有部分流失，需要补充一定量的萃取剂。逡逑１．５低共熔溶剂逡逑１．５．１低共熔溶剂的定义与组成逡逑低共熔溶剂（Ｄｅｅｐ邋Ｅｕｔｅｃｔｉｃ邋Ｓｏｌｖｅｎｔｓ，邋ＤＥＳ）也叫类离子液体、深共晶溶剂，逡逑是指由一定比例的氢键受体和氢键供体组合而成的两组分或者三组分混合物，其逡逑凝固点显著低于其中纯物质的熔点。常用的氢键受体有季铵盐

【参考文献】