离子液体对两种共沸物系汽液相平衡的研究及其模型化

摘要

工业生产中，经常需要采用特殊精馏方法对存在的共沸物进行分离。近些年，绿色化学的兴起使得离子液体在萃取精馏技术中被用作萃取剂的研究得到了快速的发展。本文测定了甲醇-碳酸二甲酯(DMC)和甲醇-甲乙酮两种物系的汽液平衡(VLE)数据，并分别采用1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐([EMIM]OTf)和1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐([BMIM]OTf)两种离子液体作为萃取剂对两种共沸物系进行有效地分离;利用Wilson、eNRTL、NRTL及UNIQUAC四种活度系数模型对测定的VLE数据进行关联，利用UNIFAC模型对其预测。本文具体的工作为:
　　1.汽液平衡数据的测定。在常压下，测定了二元组分甲醇-DMC和甲醇-甲乙酮物系的VLE数据;测定了三元组分甲醇-DMC-[EMIM]OTf、甲醇-DMC-[BMIM]OTf、甲醇-甲乙酮-[EMIM]OTf和甲醇-甲乙酮-[BMIM]OTf物系的VLE数据，离子液体采用0.050、0.100、0.150三个浓度系列。
　　2.实验结论。离子液体对共沸物系有着一定的“盐效应”作用机理，本文采用的[EMIM]OTf和[BMIM]OTf对两种物系都体现出了离子液体的“交叉盐效应”;离子液体对物系的“交叉盐效应”随其浓度增加而增大;同浓度下的[EMIM]OTf和[BMIM]OTf，对两种共沸物系的分离效果都体现出了[BMIM]OTf＞[EMIM]OTf的规律，[BMIM]OTf在摩尔分数为10％时可打破两个物系的共沸现象;针对甲醇-DMC和甲醇-甲乙酮物系，相同浓度的三氟甲磺酸盐类离子液体对甲醇-甲乙酮共沸体系的分离效果较为显著。
　　3.活度系数模型关联。采用Wilson、eNRTL、NRTL和UNIQUAC四种活度系数模型对两种物系的VLE数据关联，关联得到了对应模型的交互作用参数，并根据计算值与实验数据的对比给出了相应的分析。
　　4.UNIFAC模型的关联与预测。针对工业意义较大的甲醇-DMC物系，采用UNIFAC模型对其二元及三元(含[BMIM]OTf)体系进行回归，得到模型中所需划分的基团参数，再对包含[EMIM]OTf的三元体系进行预测，活度系数的平均相对误差为5.21％。预测值接近于实验值，说明了本文回归出的-OCOO-和-[MIM]OTf基团间的交互作用参数可以用来判断具有相同基团的离子液体能否作为萃取剂。
　　本文测定了含离子液体体系的VLE数据，采用热力学模型对实验数据进行关联与预测，得到了模型中对应的交互作用参数，为萃取精馏分离甲醇-DMC和甲醇-甲乙酮时采用离子液体作为萃取剂提供了理论支持。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 文献综述

1．1 化工分离过程

1．1．1 分离过程的地位

1．1．2 特殊精馏技术

1．2 离子液体简介

1．2．1 离子液体定义

1．2．2 离子液体的分类及性质

1．2．3 离子液体在化工分离过程中的应用

1．2．4 离子液体萃取剂的研究进展

1．3 汽液相平衡研究

1．3．1 汽液相平衡的理论研究

1．3．2 含离子液体体系汽液相平衡的热力学模型

1．4 模拟软件Aspen Plus简介

1．4．1 Aspen Plus软件的主要组成部分

1．4．2 Aspen Plus在精馏技术中的应用

1．5 本课题的研究意义及内容

1．5．1 本课题所研究试剂的工业意义

1．5．2 本课题所研究物系的分离

1．5．3 本课题的研究意义

1．5．4 本课题的主要研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验试剂及仪器

2．1．1 主要实验试剂及来源

2．1．2 主要实验仪器

2．2 实验装置

2．3 实验步骤

2．4 实验分析方法

第三章 实验结果分析与讨论

3．1 甲醇-DMC体系实验结果分析与讨论

3．1．1 甲醇-DMC二元体系的汽液相平衡数据

3．1．2 甲醇-DMC二元体系热力学一致性检验

3．1．3 甲醇-DMC-[EMIM]OTf三元体系汽液相平衡数据

3．1．4 甲醇-DMC-[BMIM]OTf三元体系汽液相平衡数据

3．1．5 两种离子液体对甲醇-DMC体系汽液平衡的影响

3．2 甲醇-甲乙酮体系实验结果分析与讨论

3．2．1 甲醇-甲乙酮二元体系的汽液相平衡数据

3．2．2 甲醇-甲乙酮二元体系热力学一致性检验

3．2．3 甲醇-甲乙酮-[EMIM]OTf三元体系汽液相平衡数据

3．2．4 甲醇-甲乙酮-[BMIM]OTf三元体系汽液相平衡数据

3．2．5 两种离子液体对甲醇-甲乙酮体系汽液平衡的影响

3．3 本章小结

第四章 活度系数模型回归

4．1 活度系数模型回归方法

4．2 活度系数模型对甲醇-DMC体系的回归

4．2．1 活度系数模型对甲醇-DMC二元体系的回归

4．2．2 活度系数模型对甲醇-DMC-[EMIM]OTf三元体系的回归

4．2．3 活度系数模型对甲醇-DMC-[BMIM]OTf三元体系的回归

4．3 活度系数模型对甲醇-甲乙酮体系的回归

4．3．1 活度系数模型对甲醇-甲乙酮二元体系的回归

4．3．2 活度系数模型对甲醇-甲乙酮-[EMIM]OTf三元体系的回归

4．3．3 活度系数模型对甲醇-甲乙酮-[BMIM]OTf三元体系的回归

4．4 本章小结

第五章 UNIFAC模型对体系的预测

5．1 UNIFAC模型的预测方法

5．2 UNIFAC模型对甲醇-DMC二元体系的预测

5．3 UNIFAC模型对甲醇-DMC-离子液体三元体系的预测

5．3．1 UNIFAC模型对甲醇-DMC-[BMIM]OTf体系中基团参数的回归

5．3．2 UNIFAC模型对甲醇-DMC-[EMIM]OTf体系的预测

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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