异丙醇和乙酸异丙酯萃取精馏分离的研究

摘要

异丙醇和乙酸异丙酯在化学化工、医药等领域有十分重要的应用，工业上对二者混合物的分离纯化提出了更高的要求。但因两者形成最低共沸物，采用普通精馏的方法无法分离，需要选择合适的萃取剂尝试萃取精馏分离。本文主要目的是模拟优化萃取精馏分离异丙醇和乙酸异丙酯的过程，这就需要对加入萃取剂后的三元物系的汽液相平衡进行研究，根据得到的二元交互作用参数进行萃取精馏模拟，以期降低分离过程中的成本，提高产品纯度，为异丙醇和乙酸异丙酯的分离工艺进行指导。
　　DMSO(二甲基亚砜)是一种较为常见的溶剂，常被用来作为醇跟酯共沸物的萃取剂。当前离子液体萃取精馏分离共沸物系的研究也已被广泛关注。本文分别选择了 DMSO和离子液体[EMIM][BF4](1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐)为萃取剂，研究了萃取精馏分离异丙醇和乙酸异丙酯的过程。首先，在101.3kPa下，测定了异丙醇-乙酸异丙酯-DMSO三元物系和相应的二元物系的汽液相平衡数据，采用Van Ness点检验方法和Herington面积检验法对实验数据进行了检验，结果表明实验数据符合热力学一致性。利用Aspen Plus软件对二元实验数据进行拟合，得到了二元交互作用参数，并进行了三元实验数据的预测，结果表明预测数据与实验数据基本吻合。将加入萃取剂之后的汽液相平衡实验数据与原来的二元实验数据相对比，所选的常规萃取剂DMSO能够打破异丙醇-乙酸异丙酯二元体系的共沸。其次，进行了异丙醇-乙酸异丙酯-[EMIM][BF4]的汽液相平衡数据测定的实验，实验结果表明，当[EMIM][BF4]的摩尔分数为10％时，即可打破二元体系异丙醇-乙酸异丙酯的共沸。这说明，对于此二元物系的分离，DMSO和[EMIM][BF4]均可作为有效的萃取剂。
　　根据实验数据拟合得到的二元交互作用参数，采用软件Aspen Plus软件，模拟了DMSO萃取精馏分离异丙醇-乙酸异丙酯的过程，优化了萃取精馏塔的操作参数，模拟结果表明，最优的操作条件为：塔板数60块，原料进料位置为第32块塔板，溶剂进料位置为第6块塔板，回流比为2.1，溶剂比为2.33。在此操作条件下，乙酸异丙酯的摩尔分数可达到99.63%，异丙醇的摩尔分数为99.00%。这些操作参数可以为异丙醇和乙酸异丙酯的工业分离提供一定的理论指导。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1 异丙醇、乙酸异丙酯及DMSO的介绍

1.2 离子液体的介绍

1.3 共沸体系的分离方法

1.4 萃取剂的选择

1.5 汽液相平衡

1.6 Aspen Plus软件在汽液相平衡以及萃取精馏中的作用

1.7 本文研究的意义和内容

第二章 实验部分

2.1 药品、仪器及装置

2.2 实验方法

2.3 校正因子的测定以及标准曲线的绘制

2.4 实验装置的可靠性研究

2.5 本章小结

第三章 异丙醇-乙酸异丙酯-DMSO三元汽液相平衡

3.1 活度系数的计算

3.2 异丙醇-乙酸异丙酯-DMSO二元及三元汽液相平衡数据

3.3 热力学一致性检验

3.4 二元体系汽液相平衡实验数据的拟合

3.5 三元汽液相平衡实验数据的分析及预测

3.6 本章小结

第四章 异丙醇-乙酸异丙酯-离子液体三元汽液相平衡

4.1 离子液体的选取

4.2 含离子液体的三元汽液相平衡实验数据及分析

4.3 本章小结

第五章 异丙醇-乙酸异丙酯-DMSO三元体系的分离过程模拟

5.1 萃取精馏的流程

5.2 热力学模型和模拟条件的选取

5.3 操作参数优化

5.4 萃取精馏模拟结果

5.5 本章小结

第六章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

附录

致谢