烷烃—环烷烃萃取精馏分离的计算机辅助离子液体设计及过程优化

发布时间：2020-10-20 11:01

　　 目前我国特种环保型溶剂油不仅品种少,而且在采用萃取精馏方法制备时,萃取剂存在选择性低、用量大、易挥发等问题。为了获得高纯特种溶剂油,需要选择优良高效的萃取剂。离子液体作为拥有诸多优良性质的绿色溶剂,被广泛应用于近沸体系或共沸体系的分离过程中。但离子液体的数量巨大,针对特定体系的采取实验方法筛选离子液体不切实际,因此发展基于理论预测的计算机辅助设计方法尤为重要。本文以溶剂油中代表性的烷烃和环烷烃混合物(正己烷-甲基环戊烷、正庚烷-甲基环己烷)为研究对象,采用计算机辅助设计方法并结合Aspen Plus流程模拟软件以确定具有最优分离性能的离子液体作为萃取剂。首先收集大量甲基环戊烷及甲基环己烷在不同离子液体内的无限稀释活度系数实验数据,以及相关体系的三元汽液相平衡实验数据,用来验证UNIFAC-IL模型对本文研究体系的适用性。然后联合UNIFAC-IL模型和离子液体物性预测模型,把N-甲基吡咯烷酮作为基准物质,以无限稀释条件下的活度系数、分配系数、选择性为热力学指标形成离子液体设计问题并求解。将针对两个体系设计获得的排名靠前的离子液体分别导入Aspen Plus,经过过程模拟和优化后,确定了分离两个体系性能最优的离子液体均为[C9Im][SCN]。最后通过经济分析,说明了离子液体工艺的全年总花费更低,以及正己烷-甲基环戊烷体系更易分离。
【学位单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ028.31
【部分图文】：

个离子液体主基团。他所采用的基团划分方式与Ｒｏｕｇｈｔｏｎ相同，将在第三章详述。在??拟合获得ＵＮＩＦＡＣ－ＩＬ参数后，计算各溶质在离子液体中的广和包含离子液体的三元体??系ＬＬＥ数据（如图２．６所示两个典型体系），然后与实验数据比较，发现误差极小。值??得一提的是，用ＣＯＳＭＯ－ＲＳ模型对相同物质在离子液体中的广和相同体系的ＬＬＥ进行??计算，其结果与实验数据的误差相对较大，也进一步证明了?ＵＮＩＦＡＣ－ＩＬ模型的可靠性。??表２．２不同物质在不同离子液体中的广数据??Ｔａｂｌｅ?２．２?Ｔｈｅ?ｄａｔａ?ｐｏｉｎｔｓ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｓｏｌｕｔｅｓ?ｉｎ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ＩＬｓ??溶质?离子液体数量?温度范围（ｋ）?数据点个数?ｒ范围??噻吩?４０５?０．４２－２．４１??芳烃?１１６７?０．４３－２３．６９??８６?２９８．１５－３８８．１５??烷烃?１１０４?１．０３－１０１６．００??环烷烃?９７７?１．１７－３２２．１３??〇■〇〇?…??（ａ）?Ａ１＇００?．Ｅｘｐ．??０．００?０．２５?０．５０?０．７５?１．００??［Ｃ２ＭＩｍ］［ＮＴｆ２］??

图３．１?３种离子液体基团划分方式（以［Ｃ６ＭＩｍ］［ＢＦ４］为例）??Ｆｉｇ．?３．１?Ｔｈｒｅｅ?ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ?ｔｏ?ｄｅｃｏｍｐｏｓｅ?ＩＬｓ?ｉｎｔｏ?ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ?ｇｒｏｕｐｓ?（［Ｃ６ＭＩｍ］［ＢＦ４］）??根据雷志刚等［８３］的总结，目前有三种划分方式，如图３．１所示。（１）图３．１ａ中，??［Ｃ６ＭＩｍ］［ＢＦ４］离子液体被划分为１个阳离子［Ｃ６ＭＩｍ］基团和１个阴离子［ＢＦ４］基团。这种??划分方法不仅得需要大量不同基团的参数，而且还不能反映出阳离子（或阴离子）上取??代基结构的变化对分离性能的影响。（２）图３．１ｂ中，离子液体被划分为多个基团，但是??阳离子与阴离子的骨架被认为是一个具有很强静电作用的完整组合，即由１个ＣＨ３基团，??５个ＣＨ２基团，还有１个［ＭＩｍ］［ＢＦ４］基团组成。这种方法因为把离子液体分解为了呈电??中性的基团从而很好地规避了长程静电相互作用的附加效果，所以被很多研究者使用。??但是这种划分方式减少了设计过程中阴离子和阳离子主基团的组合形式，从而缩小了离??子液体的设计范围。（３）图３．１ｃ中，［Ｃ６ＭＩｍ］［ＢＦ４］也被划分为多个基团，其中１个带有?

—?（Ｃ）??图３．１?３种离子液体基团划分方式（以［Ｃ６ＭＩｍ］［ＢＦ４］为例）??Ｆｉｇ．?３．１?Ｔｈｒｅｅ?ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ?ｔｏ?ｄｅｃｏｍｐｏｓｅ?ＩＬｓ?ｉｎｔｏ?ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ?ｇｒｏｕｐｓ?（［Ｃ６ＭＩｍ］［ＢＦ４］）??根据雷志刚等［８３］的总结，目前有三种划分方式，如图３．１所示。（１）图３．１ａ中，??［Ｃ６ＭＩｍ］［ＢＦ４］离子液体被划分为１个阳离子［Ｃ６ＭＩｍ］基团和１个阴离子［ＢＦ４］基团。这种??划分方法不仅得需要大量不同基团的参数，而且还不能反映出阳离子（或阴离子）上取??代基结构的变化对分离性能的影响。（２）图３．１ｂ中，离子液体被划分为多个基团，但是??阳离子与阴离子的骨架被认为是一个具有很强静电作用的完整组合，即由１个ＣＨ３基团，??５个ＣＨ２基团，还有１个［ＭＩｍ］［ＢＦ４］基团组成。这种方法因为把离子液体分解为了呈电??中性的基团从而很好地规避了长程静电相互作用的附加效果，所以被很多研究者使用。??但是这种划分方式减少了设计过程中阴离子和阳离子主基团的组合形式，从而缩小了离??子液体的设计范围。（３）图３．１ｃ中
【参考文献】

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本文编号：2848597