离子液体对三种共沸物系的相平衡影响及模型研究
“绿色溶剂”离子液体作为萃取剂在采取萃取精馏技术分离共沸物的过程中具有重要作用。本文在充分查阅国内外共沸物分离研究进展的基础上，以乙酸乙酯-乙腈、甲醇-四氢呋喃(THF)、甲醇-碳酸二甲酯三种共沸体系作为研究对象，综合考虑共沸体系中分子结构特点及离子液体的萃取能力等因素，筛选出1-烷基-3-甲基咪唑二（三氟甲基磺酰）酰亚胺离子液体作为萃取精馏的萃取剂，并进行深入研究。 针对该离子液体可能的应用条件，设计了实验方案，以Modified-Othmer釜为主要的研究条件，系统研究了三种共沸体系添加离子液体萃取剂的相平衡数据，从而掌握了离子液体加入后的平衡组成、相对挥发度、活度系数、平衡温度等变化情况。根据实验结果，通过对比离子液体的分离效果，确定了最适宜的萃取剂。同时，利用Wilson、NRTL、e-NRTL和UNIQUAC模型对实验数据进行了拟合，从而有效扩展了热力学模型的应用范围。 本文以Wilson模型为基础，将粒子间因静电力产生的长程作用力纳入到活度系数的修正范围，建立Wilson-PDH模型，据此研究了影响长程作用力的因素，并使用该模型对含离子液体物系的相平衡数据进行了数学计算。此外，对离子液体做为萃取剂的萃取精馏过程进行流程化的概念设计，使用Aspen Plus软件对萃取精馏过程进行了流程模拟，系统研究了相关操作因素对萃取分离效果的影响，对离子液体进一步的工业化应用提供了一定的理论指导。 本阶段的主要工作如下: 1)确定共沸体系研究对象并筛选适宜的离子液体。在研究离子液体在对共沸物的分离进展后，确定以乙酸乙酯-乙腈、甲醇-THF、甲醇-碳酸二甲酯等三种共沸物系作为研究对象，并综合考虑共沸物系组成的分子结构特点、离子液体的萃取能力及稳定性等影响因素，筛选出1-烷基-3-甲基咪唑二（三氟甲基磺酰）酰亚胺（烷基=乙基、丁基、己基）作为萃取剂开展研究。 2)乙酸乙酯-乙腈-离子液体物系。测定了常压下乙酸乙酯-乙腈、乙酸乙酯-乙腈-[EMIM][NTf2]/[BMIM][NTf2]/[HMIM][NTf2]等3个三元物系汽液相平衡数据，分析了离子液体加入对相平衡的影响。依据e-NRTL模型计算出分离上述共沸物系所需最小摩尔分数分别为[EMIM][NTf2]0.035、[BMIM][NTf2]0.027、[HMIM][NTf2]0.021。 3)甲醇-THF-离子液体物系。测定了甲醇-THF、甲醇-THF-[EMIM][NTf2]/[BMIM][NTf2]/[HMIM][NTf2]等3个三元物系的汽液相平衡数据，分析了离子液体加入对相平衡的影响。依据e-NRTL计算出分离上述共沸物系所需最小摩尔分数分别为[EMIM][NTf2]0.219、[BMIM][NTf2]0.173、[HMIM][NTf2]0.128。 4)甲醇-碳酸二甲酯-离子液体。测定了常压下甲醇-DMC、甲醇-DMC-[HMIM][NTf2]三元物系相平衡数据，分析了离子液体加入对相平衡的影响。依据e-NRTL计算出分离甲醇-DMC共沸物系所需[HMIM][NTf2]最小摩尔分数是0.042。 5)利用Wilson、NRTL、e-NRTL和UNIQUAC对二元及含离子液体的三元物系相平衡数据进行了关联拟合，并获得了相关的模型参数。 6)创建Wilson-PDH模型，通过研究影响长程作用力的因素，并引入长程作用力对组分活度系数的贡献程度，分析溶剂介电常数、离子液体的摩尔浓度及解离程度等因素对长程作用力的影响。 7)对离子液体[HMIM][NTf2]萃取精馏分离甲醇-THF体系的过程进行流程化概念设计，使用Aspen Plus对萃取精馏分离过程模拟，系统研究回流比、进料位置、离子液体萃取剂流量及塔顶产品采出量等相关操作条件对萃取精馏分离效果的影响，对离子液体做为萃取剂进行萃取精馏的工业化应用提供了一定的理论指导。
萃取剂;离子液体;共沸物;萃取精馏;分离效果;相平衡
北京化工大学
博士
化学工程
李群生
2017
中文
TQ410.1
153
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）