本文關(guān)鍵詞：乙腈水共沸系統(tǒng)分離的離子液體選擇和過程模擬

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【摘要】：乙腈是重要的化工原料和有機溶劑。乙腈與水的共沸體系的分離是乙腈精制過程中的重大挑戰(zhàn)之一�；陔x子液體沸點高、分離能力強、穩(wěn)定性好等優(yōu)點,以離子液體為添加劑的萃取精餾技術(shù)備受關(guān)注。本文通過理論預測和實驗驗證了乙腈(1)+水(2)+離子液體(3)三元體系的汽液相平衡,采用NRTL方程對實驗數(shù)據(jù)進行了關(guān)聯(lián),在此基礎上進行了離子液體萃取精餾過程設計和模擬,綜合研究了不同離子液體對乙腈與水體系分離的促進效應。采用COSMO-RS模型預測和比較了以1-乙基-3-甲基咪唑([EMIM]+)為陽離子,氨基酸為陰離子構(gòu)成的18種氨基酸離子液體及15種季胺類離子液體(包含10種膽堿離子液體)對乙腈-水混合物汽液相平衡的影響,計算了相互作用能、表面電荷密度分布、混合焓等熱力學性質(zhì),分析了離子液體對乙腈-水分離的促進機理。參照1-乙基-3-甲基咪唑醋酸([EMIM][OAC])的效果,發(fā)現(xiàn)1-乙基-3-甲基咪唑脯氨酸([EMIM][Pro])具有與[EMIM][OAC]可比擬的效果,比N,N,N-二甲基-丁基乙醇胺乙醇酸([N1,1,4C2OH][GAC])的效果有所超越。系統(tǒng)中不同組分間的相互作用(以氫鍵作用為主)因離子液體的加入而改變,其中離子液體與水的相互作用能最大。水及乙腈分別與離子液體的作用能差異導致乙腈更容易從混合物中逸出。在101.3 kPa下,測定了乙腈(1)+水(2)+[EMIM][Pro](3)和乙腈(1)+水(2)+[N1,1,4CZOH][GAC](3)三元系統(tǒng)的恒壓相平衡數(shù)據(jù)。結(jié)果表明：[EMIM][Pro]、 [NM,4C2OH][GAC]都可促進乙腈水混合物的分離。當離子液體添加量僅為0.05(摩爾分數(shù))時即可消除乙腈-水的共沸點,并且在乙腈的高濃度區(qū)其相對揮發(fā)度能顯著提升。離子液體添加量越大則越易促進乙腈與水的分離。利用NRTL模型關(guān)聯(lián)了實驗數(shù)據(jù),得到了乙腈-離子液體和水-離子液體的二元交互參數(shù),關(guān)聯(lián)的最大偏差為3.42%。利用Aspen plus軟件,選用NRTL熱力學物性方程,分別模擬了以[EMIM][OAC]、 [EMIM] [Pro]、[N1,1,4C2OH] [GAC]為添加劑的乙腈水精餾過程,研究了塔板數(shù)、原料及添加劑進料板位置、添加劑進料溫度、回流比、溶劑比、采出率對萃取精餾的影響。從分離效果及節(jié)能的角度而言,[EMIM][Pro]成為一種潛在的高效價廉且更環(huán)境友好的乙腈-水混合物的分離添加劑。本文為離子液體在乙腈水共沸物分離中的應用提供基礎數(shù)據(jù)和理論參考。
【關(guān)鍵詞】：乙腈 離子液體 汽液相平衡 COSMO-RS 精餾
【學位授予單位】：華東理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ226.61;O645.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 文獻綜述11-19
• 1.1 研究背景和意義11
• 1.2 離子液體概述11-13
• 1.2.1 離子液體定義和分類11-12
• 1.2.2 離子液體的性質(zhì)12
• 1.2.3 離子液體的合成和應用12-13
• 1.3 含離子液體體系相平衡研究方法13-14
• 1.3.1 實驗研究13-14
• 1.3.2 理論預測14
• 1.4 離子液體對乙腈水混合物相平衡研究進展14-16
• 1.4.1 普通咪唑類14-15
• 1.4.2 氨基酸類15-16
• 1.4.3 季胺類16
• 1.5 萃取精餾過程模擬16-17
• 1.5.1 精餾模擬16-17
• 1.5.2 離子液體萃取精餾模擬17
• 1.6 本文研究內(nèi)容及意義17-19
• 第2章 COSMO-RS方法篩選可促進乙腈水共沸物分離的離子液體19-34
• 2.1 引言19
• 2.2 相平衡預測19-28
• 2.2.1 分子設計20-24
• 2.2.2 計算細節(jié)24
• 2.2.3 相平衡預測結(jié)果24-28
• 2.3 熱力學分析28-33
• 2.3.1 電荷密度分布28-29
• 2.3.2 過量焓分析29-31
• 2.3.3 相互作用分析31-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 第3章 含離子液體的乙腈水體系汽液相平衡的測定和關(guān)聯(lián)34-44
• 3.1 引言34
• 3.2 汽液相平衡測定34-36
• 3.2.1 藥品34
• 3.2.2 實驗裝置及研究方法34-35
• 3.2.3 相平衡測定步驟35-36
• 3.3 汽液平衡實驗結(jié)果36-39
• 3.3.1 可靠性驗證36-37
• 3.3.2 三元相平衡測定結(jié)果37-39
• 3.4 實驗數(shù)據(jù)和COSMO-RS預測結(jié)果比較39-41
• 3.5 汽液相平衡數(shù)據(jù)NRTL關(guān)聯(lián)41-42
• 3.6 本章小結(jié)42-44
• 第4章 乙腈-水共沸體系萃取精餾的過程模擬44-55
• 4.1 引言44
• 4.2 概念設計44-46
• 4.2.1 分離流程設計44-45
• 4.2.2 熱力學模型選擇45
• 4.2.3 離子液體物性參數(shù)確定45-46
• 4.3 精餾條件的確定46-50
• 4.3.1 全塔理論板數(shù)的影響46-47
• 4.3.2 進料板位置的影響47-48
• 4.3.3 離子液體進料流量和溫度的影響48-49
• 4.3.4 回流比的影響49-50
• 4.3.5 塔頂采出量的影響50
• 4.4 不同離子液體萃取精餾過程的比較50-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 第5章 全文總結(jié)55-56
• 附錄56-62
• 參考文獻62-71
• 致謝71-72
• 發(fā)表論文及專利成果72

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本文編號：1036633