离子液体对两种共沸物系汽液相平衡的研究及萃取精馏工艺的计算机模拟优化

发布时间：2017-08-15 04:02

  本文关键词：离子液体对两种共沸物系汽液相平衡的研究及萃取精馏工艺的计算机模拟优化

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【摘要】：近年来,离子液体因其特殊的物理性质被用作萃取精馏萃取剂的研究日益增多,为甲醇-乙腈、甲醇-碳酸二甲酯等共沸物的分离提供了一种新思路。本文测定了甲醇-乙腈、甲醇-碳酸二甲酯两种共沸物系的汽液平衡数据,用三种双三氟甲磺酰亚胺型离子液体：1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([EMIM][NTf_2])、1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([BMIM][NTf_2])、1-己基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([HMIM][NTf_2])作为萃取剂对两种共沸物系进行分离,利用三种活度系数模型(Wilson、NRTL、e-NRTL)回归实验测定的汽液相平衡数据。用Aspen Plus对聚乙烯醇生产回收一塔进行了模拟优化。具体工作如下：1、甲醇-乙腈-离子液体的等压汽液相平衡研究。测定了101.3 kPa下甲醇-乙腈的二元等压汽液相平衡数据,甲醇-乙腈-[EMIM][NTf_2]、甲醇-乙腈-[BMIM][NTf_2]、甲醇-乙腈-[HMIM][NTf_2]三元等压汽液相平衡数据,每组数据分离子液体摩尔分数0.05、0.10和0.15三个浓度系列。研究表明,三种离子液体的加入均对甲醇-乙腈产生明显的盐析效应,增大了甲醇对乙腈的相对挥发度,降低了乙腈的活度系数,同时使得甲醇-乙腈体系的平衡温度升高。离子液体摩尔分数0.05即可分离甲醇-乙腈体系,萃取效果[EMIM][NTf_2]优于[BMIM][NTf_2]优于[HMIM][NTf_2]。2、甲醇-碳酸二甲酯-离子液体的汽液相平衡研究。测定了101.3 kPa下甲醇-碳酸二甲酯的二元等压汽液相平衡数据,甲醇-碳酸二甲酯-[EMIM][NTf_2]、甲醇-碳酸二甲酯-[BMIM][NTf_2]两个三元等压汽液相平衡数据。研究表明,两种离子液体的加入均对甲醇-碳酸二甲酯体系产生明显的交叉盐效应,同时使得甲醇-碳酸二甲酯体系的平衡温度升高。离子液体摩尔分数0.05即可分离甲醇-碳酸二甲酯乙腈体系,萃取效果[BMIM][NTf_2]优于[EMIM][NTf_2]。3、活度系数模型的关联。用Wilson、NRTL和e-NRTL三种活度系数模型分别对甲醇-乙腈和甲醇-碳酸二甲酯的等压汽液平衡数据进行关联,通过相对偏差分析,三种模型对二元数据均有较好的关联效果,NRTL和e-NRTL模型效果优于Wilson模型。对于含离子液体的三元实验数据,NRTL模型的关联效果最好,计算值与实验值基本吻合,Wilson和e-NRTL则不适于用来关联离子液体的三元体系。4、聚乙烯醇生产回收一塔的模拟优化。取Aspen Plus自带模型数据与文献对比选定NRTL模型作为甲醇-碳酸二甲酯-水物系的物性计算方法,并对文献数据进行拟合回归,得到对应的交互作用参数。对模拟优化回收一塔,通过单因素分析和多因素分析,确定了最佳操作参数组合：理论板数N为30块,回流比R为1.61,最佳进料位置NF为第8块塔板,馏出比D/F为0.3345。同时分析选择第14块板作为灵敏板。
【关键词】：离子液体 汽液相平衡 共沸物 萃取精馏 模拟优化
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ013.1;TQ325.9
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 符号说明16-18
• 第一章 文献综述18-38
• 1.1 分离过程简介18-19
• 1.2 萃取精馏简介19-20
• 1.2.1 连续萃取精馏19-20
• 1.2.2 间歇萃取精馏20
• 1.3 离子液体20-22
• 1.3.1 离子液体简介20-21
• 1.3.2 离子液体的分类及性质21-22
• 1.3.3 离子液体萃取剂的研究进展22
• 1.4 萃取剂筛选原理及方法22-27
• 1.4.1 萃取剂的筛选原理及考虑因素22-23
• 1.4.2 其他因素23
• 1.4.3 萃取剂筛选方法23-27
• 1.5 汽液平衡热力学模型27-31
• 1.5.1 汽液相平衡的概念27-28
• 1.5.2 Wilson模型28-29
• 1.5.3 NRTL模型29-30
• 1.5.4 e-NRTL模型30-31
• 1.6 计算机模拟31-35
• 1.6.1 Aspen Plus简介31-32
• 1.6.2 Aspen Plus精馏模拟过程的算法32
• 1.6.3 物性方法及模型的选择32-33
• 1.6.4 精馏的节能优化技术33-34
• 1.6.5 醇解废液回收工艺研究进展34-35
• 1.7 本课题的研究意义及主要内容35-36
• 1.7.1 本课题的研究意义35
• 1.7.2 本课题的研究内容35-36
• 1.8 结语36-38
• 第二章 含离子液体的甲醇-乙腈体系汽液相平衡的研究38-60
• 2.1 引言38
• 2.2 实验部分38-42
• 2.2.1 实验试剂38
• 2.2.2 实验仪器38-39
• 2.2.3 实验装置39-40
• 2.2.4 操作流程40-41
• 2.2.5 实验样品浓度测定41-42
• 2.3 实验结果42-58
• 2.3.1 标准曲线42-43
• 2.3.2 仪器及方法可靠性检测43-47
• 2.3.3 甲醇-乙腈-[EMIM][NTf_2]三元体系的实验结果与讨论47-50
• 2.3.4 甲醇-乙腈-[BMIM][NTf_2]三元体系的实验结果与讨论50-54
• 2.3.5 甲醇-乙腈-[HMIM][NTf_2]三元体系的实验结果与讨论54-57
• 2.3.6 比较三种阴离子为[NTf_2]~-的IL对体系的影响57-58
• 2.4 本章小结58-60
• 第三章 含离子液体的甲醇-碳酸二甲酯体系汽液相平衡的研究60-76
• 3.1 引言60
• 3.2 实验部分60-62
• 3.2.1 实验试剂60
• 3.2.2 实验仪器60-61
• 3.2.3 实验装置61
• 3.2.4 操作流程61-62
• 3.2.5 实验样品浓度测定62
• 3.3 实验结果62-75
• 3.3.1 标准曲线63-64
• 3.3.2 仪器及方法可靠性检测64-66
• 3.3.3 甲醇-碳酸二甲酯-[EMIM][NTf_2]三元体系的实验结果与讨论66-70
• 3.3.4 甲醇-碳酸二甲酯-[BMIM][NTf_2]三元体系的实验结果与讨论70-74
• 3.3.5 比较两种阴离子为[NTf_2]~-的离子液体对甲醇-碳酸二甲酯体系的影响74-75
• 3.4 本章小结75-76
• 第四章 热力学模型对实验数据的关联回归76-110
• 4.1 引言76
• 4.2 回归方法76
• 4.3 热力学模型对甲醇-乙腈体系的回归76-95
• 4.3.1 热力学模型对甲醇-乙腈二元体系的回归77-80
• 4.3.2 热力学模型对甲醇-乙腈-[EMIM][NTf_2]三元体系的回归80-85
• 4.3.3 热力学模型对甲醇-乙腈-[BMIM][NTf_2]三元体系的回归85-90
• 4.3.4 热力学模型对甲醇-乙腈-[HMIM][NTf_2]三元体系的回归90-95
• 4.4 热力学模型对甲醇-碳酸二甲酯体系的回归95-108
• 4.4.1 热力学模型对甲醇-碳酸二甲酯二元体系的回归95-98
• 4.4.2 热力学模型对甲醇-碳酸二甲酯-[EMIM][NTf_2]三元体系的回归98-103
• 4.4.3 热力学模型对甲醇-碳酸二甲酯-[BMIM][NTf_2]三元体系的回归103-108
• 4.5 本章小结108-110
• 第五章 聚乙烯醇生产回收一塔的模拟优化110-120
• 5.1 引言110
• 5.2 热力学模型的选择及二元交互参数的回归110-112
• 5.3 回收一塔的模拟优化112-118
• 5.3.1 理论板数N的灵敏度分析113-114
• 5.3.2 回流比R的灵敏度分析114
• 5.3.3 进料板位置的灵敏度分析114-115
• 5.3.4 馏出比D/F的灵敏度分析115-116
• 5.3.5 多因素分析116-118
• 5.4 灵敏板分析118
• 5.5 实际应用对比分析118-119
• 5.6 本章小结119-120
• 第六章 结论120-122
• 参考文献122-130
• 致谢130-132
• 研究成果及发表的学术论文132-134
• 作者和导师简介134-135
• 北京化工大学专业学位硕士研究生学位论文答辩委员会决议书135-136

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