离子液体支撑液膜分离甲苯和正庚烷的研究

摘要

当前，石油资源日益紧缺，而人们对石化产品的需求日益增大。因此，如何更有效的利用作为乙烯主要裂解原料的石油脑，将其中的芳烃和烷烃组分进行适度分离以满足多种需求，已成为石化领域中重要的研究热点之一。
　　 离子液体(ionic liquids，ILs)是一种具有特殊结构和理化性质的良溶剂，但目前其价格昂贵，使用成本较高。同时，支撑液膜作为一种新型的同级萃取反萃过程，实现了萃取与反萃的内耦合，所需溶剂用量较少，但面临稳定性差的问题。结合离子液体具有饱和蒸汽压低、粘度高等特点，将两者耦合在一起形成离子液体支撑液膜，可改善液膜过程不稳定性，有效的减少了离子液体使用量，降低分离成本。
　　 由于芳香族分子中苯环结构的存在使得芳烃、烷烃与离子液体之间的相互作用力存在较大差异，这为离子液体分离芳烃和烷烃提供了可能。本文选择甲苯/正庚烷为待分离体系，计算了ILs与甲苯、正庚烷之间形成复合物的结合能，考查了不同甲苯初始浓度和温度对离子液体萃取性能的影响，以及对离子液体支撑液膜分离甲苯和正庚烷的可行性、操作温度、料液相初始浓度、管壳程流速、分离过程的稳定性等进行了考查。
　　 研究结果表明，借助Gaussian03计算软件，运用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP/6-31G*方法计算三种离子液体与甲苯、正庚烷之间的结合能，发现[Bmim]+、[4-Mebupy]+、[Emim]+三种阳离子更易与甲苯形成稳定的络合物，该计算结果说明甲苯较正庚烷更易溶解分散在离子液体中;三种离子液体对甲苯/正庚烷有较好的萃取分离性能;离子液体支撑液膜的稳定性良好;因离子液体的粘度随温度变化显著，提高操作温度能有效提高溶质在离子液体中的扩散速率，使得反萃相中甲苯浓度得到明显提高，提高液膜过程对甲苯与正庚烷的分离效率;分离过程以液膜相两侧溶质浓度差为传质推动力，当料液相中甲苯初始浓度提高时有利于甲苯的传输;由于过程的传质阻力主要集中在液膜相，因此流经管、壳程混合物的流速对传质性能影响较小。
　　 通过引入基团贡献法计算溶质的扩散系数，建立了离子液体支撑液膜过程的传质模型，计算所得结果与实验数据吻合较好，表明模型对实验过程具有一定的预测和指导作用。

目录

声明

学位论文数据集

摘要

第一章 文献综述

1．1 课题目的及意义

1．2 芳烃／烷烃分离技术进展

1．2．1 萃取精馏

1．2．2 吸附分离

1．2．3 渗透汽化分离技术

1．2．4 加氢饱和

1．3 离子液体萃取芳烃与烷烃

1．3．1 ILs的性质

1．3．2 ILs与烃类作用机理研究

1．3．3 ILs萃取芳烃／烷烃

1．4 离子液体支撑液膜过程

1．4．1 液膜分离芳烃／烷烃的研究

1．4．2 SILM分离芳烃／烷烃

1．4．3 SILM稳定性的研究进展

1．4．4 SILM过程传质研究

1．5 研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验药品及仪器

2．2 膜器规格及分离工艺

2．2．1 膜器结构数据

2．2．2 萃取实验

2．2．3 SILM实验及流程

2．3 分析方法及数据处理

2．3．1 标准曲线测定

2．3．2 精密度和回收率分析

2．3．3 数据处理

第三章 离子液体萃取平衡实验

3．1 单体间结合能计算

3．1．1 单体构型优化

3．1．2 复合物结合能的计算

3．2 不同离子液体萃取性能比较

3．3 萃取温度对萃取性能的影响

3．4 离子液体再生

3．5 本章小结

第四章 离子液体支撑液膜分离甲苯和正庚烷的实验研究

4．1 操作温度对传质性能的影响

4．2 料液初始浓度对传质的影响

4．3 两相流速对分离性能的影响

4．4 分离过程的稳定性研究

4．5 本章小结

第五章 传质模型建立

5．1 传质模型的建立

5．1．1 模型建立

5．1．2 各分传质系数的计算

5．2 模型验证

5．3 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表学术论文

作者和导师简介

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