胆碱类低共熔溶剂萃取分离烷烃芳烃的研究

摘要

在石油化工工业中，烷烃和芳烃的分离是一项重要的技术，也具有重要的意义。二甲苯和正辛烷作为沸点较为相近的两种物质，经常需要分离以满足不同的需求。但是它们易形成共沸物，运用传统的分离方法存在许多问题。
　　2003年，Abbott等发现了一种由季铵盐和酰胺按一定比例混合形成的溶剂——低共熔溶剂(DES)。这种溶剂有良好的物理和化学性质，没有毒性、可以生物降解，合成的过程原子利用率达到了100％，是一种新型的绿色溶剂。
　　本文研究了三种胆碱类低共熔溶剂:[ChCl][Malonic](氯化胆碱·丙二酸)、[ChCl][Glycerol](氯化胆碱·丙三醇)、[ChCl][Urea](氯化胆碱·尿素)用于二甲苯（对二甲苯、邻二甲苯和间二甲苯）和正辛烷的萃取分离。
　　首先合成了三种胆碱类的低共熔溶剂，通过卡尔费休水分测量仪和核磁共振法对其含水量和纯度进行了测定分析。然后在压强为101.3kPa、温度为298.15K的条件下，测定了{正辛烷+邻二甲苯+低共熔溶剂}、{正辛烷+间二甲苯+低共熔溶剂}、{正辛烷+对二甲苯+低共熔溶剂}三元体系的液-液相平衡(LLE)数据，并通过Othmer-Tobias方程对实验数据的可靠性进行了检验。通过对分配系数和选择性系数的测定与分析，评价了三种低共熔溶剂的萃取分离效果。从LLE数据及计算出的分配系数和选择性可以看出:[ChCl][Glycerol]萃取分离邻二甲苯/正辛烷的总体性能较优，而[ChCl][Urea]在二甲苯摩尔分数较高时的萃取性能表现优秀。最后，本文用NRTL（非随机双液体模型）方程对液-液相平衡数据进行了关联和预测，得到相关的模型交互参数，并在常压、T=298.15K的条件下用AspenPlus软件，借助模型交互系数模拟了{正辛烷+邻二甲苯+[ChCl][Glycerol]}的萃取分离流程，研究表明胆碱类低共熔溶剂在萃取分离二甲苯和正辛烷的过程中具有良好的分离效果，具有较优的应用前景。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 文献综述

1．1 前言

1．2 二甲苯和正辛烷物性

1．3 烷烃／芳烃分离技术

1．3．1 萃取精馏技术

1．3．2 吸附分离技术

1．3．3 渗透蒸发汽化

1．3．4 离子液体萃取

1．4 低共熔溶剂

1．4．1 低共熔溶剂的定义及组成

1．4．2 低共熔溶剂的机理和合成

1．4．3 胆碱类低共熔溶剂物理化学性质

1．4．4 低共熔溶剂在萃取分离中的应用

1．5 低共熔溶剂与有机物体系相平衡研究现状

1．5．1 低共熔溶剂与有机物体系气-液相平衡研究现状

1．5．2 低共熔溶剂与有机物体系液-液相平衡研究现状

1．6 常用流体相平衡热力学方程

1．7 课题意义及主要研究内容

1．7．1 课题意义

1．7．2 研究内容

第二章 {正辛烷+二甲苯+低共熔溶剂}液-液相平衡实验测定

2．1 低共熔溶剂的制备与分析

2．1．1 实验试剂与仪器

2．1．2 [ChCl][Malonic](氯化胆碱·丙二酸)的制备与表征

2．1．3 [ChCl][Glycerol](氯化胆碱·丙三醇)的制备与表征

2．1．4 [Chcl][Urea](氮化胆碱·尿素)的制备与表征

2．2 {正辛烷+二甲苯+低共熔溶剂}液-液相平衡实验

2．2．1 实验试剂与仪器

2．2．2 实验步骤

2．2．3 实验分析条件与方法

2．3 本章小结

第三章 三元液液相平衡结果分析与讨论

3．1 {正辛烷+二甲苯+低共熔溶剂}三元液液相平衡

3．1．1 正辛烷(1)+邻二甲苯(2)+[ChCl][Malonic](3)的液-液相平衡

3．1．2 正辛烷(1)+邻二甲苯(2)+[ChCl][Glycerol](3)的液-液相平衡

3．1．3 正辛烷(1)+邻二甲苯(2)+[ChCl][Urea](3)的液-液相平衡

3．1．4 正辛烷(1)+间二甲苯(2)+[ChCl][Malonic](3)的液-液相平衡

3．1．5 正辛烷(1)+间二甲苯(2)+[ChCl][Glycerol](3)的液-液相平衡

3．1．6 正辛烷(1)+间二甲苯(2)+[ChCl][Urea](3)的液-液相平衡

3．1．7 正辛烷(1)+对二甲苯(2)+[ChCl][Malonic](3)的液-液相平衡

3．1．8 正辛烷(1)+对二甲苯(2)+[ChCl][Glycerol](3)的液-液相平衡

3．1．9 正辛烷(1)+对二甲苯(2)+[ChCl][Urea](3)的液-液相平衡

3．2 Othmer-Tobias方程检验

3．3 三种低共熔溶剂萃取性能对比分析

3．4 浓度分布曲线

3．5 本章小结

第四章 液-液相平衡NRTL方程关联及Aspen萃取流程模拟

4．1 液-液相平衡NRTL方程关联

4．1．1 三元组分液-液相平衡NRTL方程推导

4．1．2 NRTL方程编程及计算结果

4．2 Aspen Plus萃取流程模拟

4．2．1 物性和计算方法的选择

4．2．2 模拟结果分析

4．2．3 模拟流程优化

4．3 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

致谢

作者和导师简介