叔丁醇—异丙醇—水混合溶液分离的模拟与实验研究

发布时间：2020-08-22 16:07

【摘要】：叔丁醇和异丙醇在精细化工和医药行业广泛用作溶剂,工业中易形成大量的叔丁醇、异丙醇和水的混合溶液。由于叔丁醇、异丙醇、水相互间会形成共沸,用普通精馏的方法很难分离。本课题概述了叔丁醇和异丙醇的性质及其在化工中的应用。针对叔丁醇-异丙醇-水混合溶液的分离,在查阅国内外文献的基础上,系统地总结了叔丁醇-异丙醇-水混合溶液的分离方法。从简化分离工艺、节能环保,本文分别以乙二醇、环丁砜、乙二醇为萃取剂,提出了采用三塔萃取精馏的方法分离叔丁醇-异丙醇-水混合溶液。建立了单级循环汽液平衡装置,分别测定了二元体系和三元体系的汽液平衡数据(VLE DATE),选择合适的热力学模型关联汽液平衡数据。利用Aspen plus模拟软件进行单级萃取精馏模拟,得出了原料在萃取剂存在下,单级萃取精馏效果。同时,测定了混合溶液与溶剂间的汽液平衡数据,计算出了各组分间的相对挥发度。通过对比分析,筛选出了分离叔丁醇-异丙醇-水混合溶液的最佳萃取溶剂,为进一步的萃取精馏模拟及实验提供依据。采用化工流程模拟软件Aspen plus对连续萃取精馏分离叔丁醇-异丙醇-水混合溶液进行模拟研究,以溶剂比、回流比、塔顶出料比、塔板数及原料进料位置这五个因素为主要考察因素,考察其对各个萃取精馏塔的影响。根据模拟结果及影响因素设计五因素四水平正交试验,优化分离条件,结果表明,在最优条件下,叔丁醇的质量含量达到99.87 %,收率达到95.79 %,异丙醇的质量含量达到98.56%,收率达到93.58 %。模拟结果为小试实验提供理论依据。在模拟计算的基础上,采用多功能萃取精馏装置进行连续萃取精馏实验。结果表明,最优条件下,实验结果与模拟结果较为吻合,其中:叔丁醇的质量含量达到96.92% ,收率达到90.55 %;异丙醇的质量含量达到97.98 %,收率达到90.75 %。萃取剂可再生,循环利用。本课题采用三塔萃取精馏的方法分离叔丁醇-异丙醇-水共沸溶液,可分别得到较高纯度的叔丁醇和异丙醇,为进一步的工业放大实验提供理论依据。
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ028.3
【图文】：

为了检验实验装置的可靠性［５１］，本实验选用叔丁醇（１）－水（２）体系作为该装逡逑置的校正体系，用平衡釜测定了此体系在常压下的汽液平衡数据，并与文献值进行对逡逑比，结果如表２－２及图２－２所示。其中（？，0）为实验测定数据，（■，□）为文献逡逑值。逡逑表２－２叔丁醇（１）－水（３）常压下的实验参数逡逑Ｔａｂｌｅ２－２邋Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｄａｔｅ邋ｏｆ邋ｔｅｒｔ－ｂｕｔａｎｏｌ（ｌ）－ｗａｔｅｒ（３）．逡逑Ｔ邋（Ｋ）逦ｘｉ逦ｙｉ逦ｙｉ逦ｙｉ逦ｇＥ／ＲＴ逡逑１６逡逑

ｍｉ－邋ｘ逦＼电阻丝逦图２－１单级循环汽液平衡釜逡逑Ｆｉｇｕｒｅ２－１邋ｓｉｎｇｌｅ邋ｓｔａｇｅ邋ｇａｓ－ｌｉｑｕｉｄ邋ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ邋ｐｏｔ．逦实验试剂的物理性质如下：叔丁醇，化学纯，纯度大于９８％，上海凌峰化学试逡逑剂有限公司；异丙醇，分析纯，纯度大于９９．７％，上海试四赫维化工有限公司；去逡逑离子水，自制。叔丁醇和异丙醇的物理性质［４９，５°］如下表２－１所示。逡逑表２－１纯试剂的物理性质逡逑Ｔａｂｌｅ２－１邋Ｐｈｙｓｉｃａｌ邋ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ邋ｏｆ邋ｐｕｒｅ邋ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ．逡逑试剂邋沸点／ｒ邋密度／（广３）逦逦４—媻逦逡逑逦逦逦逦（２０Ｃ）逦Ａ逦Ｂ逦Ｃ逡逑异丙醇逦８２．４５逦０．７８６７逦６．８６６逦１３６０．１８３逦－７５．５５７逡逑叔丁醇逦８２．５０逦０．７８６４逦６．３５０逦１１０４．３４１逦－１０１．３１５逡逑水逦１００．００逦０．９９８２逦７．０７４逦１６５７．４５９逦－４６．１３０逡逑逦备注：Ａｎｔｏｉｎｅ邋方程：ｌｇＰｓ＝Ａ－Ｂ／（Ｃ＋Ｔ）（ｌ）逦逡逑（１）式中的Ｐｓ为组分饱和蒸汽压，ＫＰａ；邋Ｔ为温度，Ｋ；邋Ａ、Ｂ、Ｃ为安托因常数。逡逑２．１．４汽液平衡的测定逡逑２．１．４．１二元体系汽液平衡测定与关联逡逑为了检验实验装置的可靠性［５１］，本实验选用叔丁醇（１）－水（２）体系作为该装逡逑置的校正体系，用平衡釜测定了此体系在常压下的汽液平衡数据，并与文献值进行对逡逑比

逦１．０逡逑Ｘ．逡逑图２－３常压下活度系数的液相组成图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ２－３邋Ａｃｔｉｖｉｔｙ邋ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ－ｌｉｑｕｉｄ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ａｔ邋ｎｏｍｉａｌ邋ｐｒｅｓｓｕｒｅ．逡逑．逦ｉ逦＇逦ｉ逦？逦ｉ逦１逦ｉ逦■逡逑０４邋－逦ｇ＾Ｔ－Ｘｊ逡逑－＾－ｇＥ／ＲＴ－ｘ，－逡逑／／邋＼＼邋＇逡逑４°＇２＂邋＾逦＼＼逦；逡逑０．０邋－逦＾逦▲逦Ａ逦▲逦Ａ逦ＡＡ－＾ｋ－＾逡逑０．０逦０．２逦０．４逦０．６逦０．８逦１．０逡逑Ｘ．逡逑图２－４常报下液相组分吉布斯自由能图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ２－４邋Ｇｉｂｂｓ邋ｅｎｅｒｇｙ－ｌｉｑｕｉｄ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ａｔ邋ｎｏｒｍａｌ邋ｐｒｅｓｓｕｒｅ逡逑通过化工辅助软件分别采用ＷＩＬＯＮ、ＮＲＴＬ、ＵＮＩＱＵＡＣ方程［５４％对二元体系的逡逑平衡数据进行最小方差法回归，得出交互作用参数，选定目标函数（ＯＦ）如式２－５所逡逑／Ｊ、－

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 冯微;洪克华;曹晓艳;顾正桂;;三塔萃取分离叔丁醇-异丙醇-水混合液的模拟及优化研究[J];计算机与应用化学;2016年04期

2 赵锦波;冯微;顾正桂;张玲玉;;萃取精馏分离叔丁醇-异丙醇-水共沸体系的研究与优化[J];计算机与应用化学;2015年12期

3 闫金伟;于阳;;解析异丙醇及其生产技术的比较[J];中国石油和化工标准与质量;2014年11期

4 宋伟;李朝艳;徐雪丽;;Aspen Plus在化工设计教学中的应用[J];科技资讯;2013年14期

5 王宏;;化工工艺流程中如何选择萃取剂[J];中国石油和化工标准与质量;2012年09期

6 曹俊雅;王光耀;朱凯;杨萨莎;蒋艳彩;;Aspen Plus在化工设计中的应用实践与探索[J];新课程研究(中旬刊);2012年08期

7 张治山;杨超龙;;Aspen Plus在化工中的应用[J];广东化工;2012年03期

8 李银彦;;异丙醇生产技术及市场展望[J];精细与专用化学品;2011年12期

9 孙兰义;张月明;李军;刘雪暖;;Aspen Plus在化工原理课程设计教学中的应用[J];广东化工;2009年12期

10 叶青;;分隔壁共沸精馏塔分离叔丁醇水混合物的模拟研究[J];天然气化工(C1化学与化工);2009年05期

相关博士学位论文 前2条

1 沈冲;甲醇—乙醇—水—离子液体体系汽液平衡的测定及热力学模型研究[D];北京化工大学;2011年

2 王文华;萃取精馏技术强化与应用[D];天津大学;2006年

相关硕士学位论文 前10条

1 谈霖芝;萃取抽提醋酸甲酯—甲醇—乙醇—苯—水溶液中醋酸甲酯、甲醇的研究[D];南京师范大学;2014年

2 杨梅;液液萃取法分离醋酸丁酯—丁醇—水的研究[D];南京师范大学;2014年

3 戴蓉蓉;萃取精馏和精馏集成分离DMF-甲苯—水混合液的研究[D];南京师范大学;2014年

4 王婧娴;共沸物系乙酸乙酯—叔丁醇的分离研究[D];天津大学;2012年

5 吴鹏;生物质吸附剂分离叔丁醇—水共沸物及其热再生的研究[D];天津大学;2012年

6 李莹;萃取精馏分离乙腈—正丙醇二元共沸物[D];天津大学;2012年

7 蒋瑞霞;环氧丙烷—乙醇—水三元体系汽液平衡的测定和关联[D];长春工业大学;2012年

8 应柳枝;UNIFAC参数的回归及其在汽液平衡中的应用[D];重庆大学;2007年

9 姚俊峰;间歇萃取精馏过程的实验研究[D];天津大学;2004年

10 郭章红;萃取精馏萃取剂分子设计的研究[D];河北工业大学;2002年

本文编号：2800872