萃取精馏分离苯和噻吩过程强化的研究
苯在有机化工业是一种非常重要的原料，随着我国焦化工业的发展，焦化苯将成为纯苯的一个重要来源。焦化苯中的噻吩与苯沸点相近，普通的精馏难以达到分离要求，萃取精馏适用于分离共沸物或近沸点的混合物。本文通过实验和过程模拟的方法研究了有机溶剂和离子液体组成的混合萃取剂在萃取精馏分离苯和噻吩体系中的应用。 首先，应用COSMO-RS模型筛选离子液体。合适的萃取剂使分离过程变得容易，因此，萃取剂的选取对萃取精馏来说很重要。利用COSMO-RS模型计算了45种离子液体在分离苯和噻吩体系中的选择性和溶解度。结果表明，选择性高的离子液体在体系中的溶解能力不一定大。综合考虑离子液体的选择性、溶解能力、热稳定性、化学稳定性和价格，本文选择[EMIM]+[BF4]离子液体作为有机溶剂（NMP和DMF）的添加剂。 然后，通过苯-噻吩-NMP(或DMF)三元体系和苯-噻吩-NMP(或DMF)-IL四元体系的汽液平衡实验，得到汽液平衡数据。结果显示，添加离子液体不能显著提高苯/噻吩的相对挥发度。但是，能明显的降低有机溶剂在汽相中的含量。实验所得数据应用UNIFAC模型进行关联，得出空缺的基团相互作用参数。UNIFAC模拟值与实验值误差小，说明该模型可靠。 再次，将关联得到的基团相互用参数带入Aspen软件进行过程模拟，对比了DMF和DMF+IL（90 wt％ DMF+10 wt％ IL）萃取精馏分离苯和噻吩体系的效果。结果表明，添加离子液体，能够降低有机溶剂在汽相中的含量，能够得到更纯的苯产品。并且溶剂回收阶段，能降低有机溶剂的挥发量。另外，对比了双塔流程和单塔（侧线）流程萃取精馏分离苯和噻吩体系的效果，单塔（侧线）流程能够达到和双塔流程同样的效果。而且，单塔不仅能够节约设备投资，而且能够降低能耗。 最后，分别建立了普通的六塔工艺流程和改进的四塔流程，经过模拟计算对比，改进的四塔工艺流程通过热集成将萃取精馏塔和溶剂回收塔集合成为一个塔，节约了两个溶剂回收塔，并且冷凝器和再沸器热负荷分别降低了6.41％和6.47％。这不仅节省了设备，也降低了能耗，更符合现在节能减排的环保要求。
苯;噻吩;萃取精馏;离子液体
北京化工大学
硕士
化学工程
雷志刚
2015
中文
O658.2
92
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）