【摘要】：丙酸甲酯是重要的工業(yè)原料,在工業(yè)上常被用作香料添加劑以及甲基丙烯酸甲酯合成的中間體。丙酸甲酯由甲醇與丙酸酯化得到,其與甲醇形成的共沸體系將會(huì)增加后續(xù)分離的難度�；陔x子液體極低的揮發(fā)性等不同于常規(guī)溶劑的特點(diǎn),采用離子液體萃取分離共沸體系的研究日益受到關(guān)注。本文通過理論研究與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方式,篩選出了適合甲醇-丙酸甲酯共沸體系萃取精餾的潛在添加劑,并測定了等壓下甲醇(1)+丙酸甲酯(2)+離子液體(3)的三元汽液相平衡數(shù)據(jù),通過NRTL方程對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了關(guān)聯(lián),并利用過程模擬軟件Aspen Plus設(shè)計(jì)并模擬了萃取精餾過程,為其工業(yè)化運(yùn)用提供理論參考。采用COSMO-SAC模型預(yù)測了由14種陽離子如咪唑陽離子、吡咯陽離子,以及鹵素陰離子、硫酸酯陰離子等14種陰離子所構(gòu)成的196種離子液體對甲醇-丙酸甲酯混合物汽液相平衡的影響,篩選出了潛在的三種離子液體添加劑1-丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽([BMIM][NTf2])、1-丁基-2,3-二甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽([BMMIM][NTf2])與1-己基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽([HMIM][NTf2]),并計(jì)算了離子液體與甲醇和丙酸甲酯之間的相互作用能和表面電荷密度分布,從分子層面分析了離子液體促進(jìn)甲醇-丙酸甲酯共沸體系分離的機(jī)理,發(fā)現(xiàn)離子液體與丙酸甲酯的相互作用能大于甲醇與丙酸甲酯之間的相互作用能,從而提升了甲醇的相對揮發(fā)度。利用Ellis平衡釜,測定了不同離子液體濃度下甲醇(1)+丙酸甲酯(2)+[BMIM][NTf2](3),甲醇(1)+ 丙酸甲酯(2)+[BMMIM][NTf2](3)以及甲醇(1)+丙酸甲酯(2)+[HMIM][NTf2](3)三元體系的汽液平衡數(shù)據(jù)。結(jié)果表明,三種離子液體均可促進(jìn)甲醇-丙酸甲酯共沸體系的分離,分離效果隨離子液體濃度的增加而提升,當(dāng)離子液體濃度x3=0.2時(shí)可基本消除共沸點(diǎn),且[HMIM][NTf2]離子液體的分離效果明顯好于另外兩種添加劑。利用NRTL模型關(guān)聯(lián)了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),回歸得出二元交互參數(shù)。利用Aspen Plus軟件建立了以[HMIM][NTf2]為添加劑的甲醇-丙酸甲酯萃取精餾過程,模擬了離子液體在萃取精餾中的應(yīng)用效果,研究了塔板數(shù)等操作條件對萃取精餾過程產(chǎn)物以及能耗的影響,優(yōu)化了工藝條件,確定了工藝參數(shù),為離子液體實(shí)際運(yùn)用于共沸體系萃取精餾提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與理論參考。
【圖文】：

圖１．３汽液平衡測定裝置逡逑邋Ａｐｐａｒａｔｕｓ邋ｆｏｒ邋ｔｈｅ邋ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｖａｐｏｒ－ｌｉｑｕｉｄ邋ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ邋（ａ，邋Ｏｔｈｍｅｒ邋Ｓｔｉｌｌ；邋ｂ，邋Ｇｉｌｌｅｓｐｉｅ液雙循環(huán)法在氣相單循環(huán)的基礎(chǔ)上，使用Ｃｏｔｔｒｅｌｌ泵等設(shè)備令液相強(qiáng)制循由平衡裝置上部引出，冷凝后回流入平衡裝置的底部液相中，鼓泡上升；循環(huán)泵，返回平衡裝置的上部，并與上升的氣相接觸。雙循環(huán)可以大程度傳質(zhì)速率，消除濃度梯度，使體系在最短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到平衡狀態(tài)，且平衡準(zhǔn)確，部分冷凝現(xiàn)象也可基本消除，因此是現(xiàn)在較為常用的汽液平衡數(shù)據(jù)文第三章中將使用雙循環(huán)法進(jìn)行汽液相平衡數(shù)據(jù)的測定，使用的裝置為Ｅｌｌｉ環(huán)法測定汽液相平衡數(shù)據(jù)所得到的結(jié)果較為準(zhǔn)確可靠，且平衡時(shí)間較短，是需要在實(shí)驗(yàn)過程中注意減少霧沫夾帶現(xiàn)象的發(fā)生，以及盡可能避免從平送入分析儀器這一過程中的部分冷凝或者部分汽化現(xiàn)象的發(fā)生。逡逑間接測定法逡逑１）沸點(diǎn)儀法逡逑

（ａ）邐（ｂ）逡逑圖２．２不同陰離子對甲醇相對揮發(fā)度影響的ＣＯＳＭＯ－ＳＡＣ預(yù)測結(jié)果逡逑（ｐ＝１０１．３ｋＰａ，幻＝０．２，陽離子＝｜Ｐ＿ｍ＿ｍ｜＋）逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｒｅｌａｔｉｖｅ邋ｖｏｌａｔｉｌｉｔｉｅｓ邋ｆｏｒ邋ｔｈｅ邋ｍｅｔｈａｎｏｌ（ｌ）邋＋邋ｍｅｔｈｙｌ邋ｐｒｏｐｉｏｎａｔｅ（２）邋＋邋ＩＬ（３）邋ｓｙｓｔｅｍｓ邋ａｔ邋１０１．３ｋＰａ逡逑ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ邋ｂｙ邋ＣＯＳＭＯ－ＳＡＣ邋ｍｏｄｅｌ：ｘ．ｉ＝０．２，邋ｃａｔｉｏｎ＝［Ｐ４４４４］＋逡逑隨后，固定陰離子為雙三氟甲磺酰亞胺離子（［ＮＴｆ２］＿），，更換不同的陽離子來考察逡逑不同離子液體對甲醇－丙酸甲酯共沸體系相平衡的影響，所得的相對揮發(fā)度結(jié)果如圖２．３逡逑（ａ）、（ｂ）所示。由預(yù)測圖所示結(jié)果可知，所有離子液體均能使甲醇在其全濃度范圍逡逑內(nèi)的相對揮發(fā)度ａｌ２大于１，表明這１４種離子液體均能消除甲醇與丙酸甲酯的共沸點(diǎn)，逡逑同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O658.2;TQ225.24

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本文編號(hào)：2695995