含离子液体的复合溶剂萃取精馏分离苯和环己烷的研究
作为重要的石油化工基础原料，工业上对苯和环己烷的分离有很大的需求。但因为苯和环己烷结构类似，性质相近，且会形成共沸物，普通的分离技术不能满足分离要求，二者的分离一直是工业上的难题。而萃取精馏是工业上分离共沸体系的一种高效的特殊蒸馏方法，其中选取合适的分离剂是关键。鉴于工业上常用的有机溶剂溶剂比大、挥发性高的缺点，本论文提出在有机溶剂中添加一部分离子液体组成混合溶剂以发挥两者优势，并通过实验和模拟研究了不同配比混合溶剂的分离效果，同时从分子层面进行了分析和解释。 本文应用COSMO-RS模型计算了溶解度和选择性，在48种常见离子液体中进行筛选。综合考虑溶解度和选择性后，结合离子液体的稳定性、腐蚀性、价格等基本性质，并就热稳定性和腐蚀性进行了实验分析和验证，最后选择了[EMIM]+[BF4]-与有机溶剂混合作为萃取剂。 通过测定环己烷-苯-NMP（环丁砜）体系和环己烷-苯-NMP（环丁砜）-[EMIM]+[BF4]-体系全浓度范围内的汽液平衡数据，分析得到:四种萃取剂均能提高环己烷和苯的相对挥发度，打破共沸;相比纯溶剂，IL的加入一方面能够略微提高相对挥发度，另一方面能够有效降低气相中的传统溶剂含量。综合考虑分离效果和溶剂回收能耗，最后筛选出NMP+[EMIM]+[BF4]-混合溶剂为最优的萃取剂。同时，将实验数据与UNIFAC-Lei模型关联，相对平均误差均在可接受范围内，表明关联所得基团参数可以推广应用。 基于上述结论和参数，本文应用Aspen软件模拟了苯和环己烷的分离流程，通过灵敏度分析确定了最优的工艺参数，并对比分析了纯NMP和NMP+IL混合溶剂作萃取剂时的分离效果和能耗。结果表明，在产品均达到既定纯度的前提下，IL的加入能够有效降低产品中NMP的含量，减少萃取剂的用量，减小回流比，使冷凝器的热负荷降低了7.60％，再沸器的热负荷降低了5.51％。 本文应用COSMO-RS模型和DFT理论计算本体系中的过剩焓和结合能，从分子层面分析解释实验结论。两者结果均表明NMP+IL混合萃取剂与苯之间的作用力要强于萃取剂与环己烷之间的作用力。同时，结合能的结果还表明萃取剂与苯之间的作用要强于环己烷与苯之间的作用。以上结果证实了NMP+IL混合溶剂萃取精馏分离苯和环己烷是可行的。
苯;环己烷;精馏分离;有机溶剂;离子液体
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
雷志刚
2018
中文
TQ028
95
2018-09-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）