離子液體對三種共沸物系汽液相平衡影響及其活度系數(shù)模型研究.pdf

1、在共沸物的萃取精餾中，離子液體因為其獨特的理化性質(zhì)成為一種優(yōu)良的新型萃取劑，并在近年來一直被關(guān)注。本文以乙酸乙酯-乙醇、氯仿-乙醇、氯仿-異丙醇共沸體系作為研究對象，將離子液體[MMim][DMP]、[OMim][PF6]、[BMim][BF4]作為萃取劑萃取精餾分離上述共沸體系，并深入研究其平衡組成、相對揮發(fā)度、活度系數(shù)、平衡溫度等的關(guān)系。同時，利用Wilson、NRTL、e-NRTL和UNIQUAC模型對實驗數(shù)據(jù)進行了擬合，從而有效

2、擴展了熱力學模型的應(yīng)用范圍，并在已有模型的深入研究基礎(chǔ)上，考慮了局部組成模型中多程作用力的影響，同時分析了短程、長程作用力的影響，建立了Wilson-MR模型，用其擬合含離子液體物系的汽液相平衡數(shù)據(jù)并與其它模型相對比、討論。此外，依靠Aspen Plus軟件對離子液體作為萃取劑的萃取精餾過程進行流程化概念設(shè)計，對流程進行優(yōu)化并得到最優(yōu)操作條件，為其用于實際生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)乙酸乙酯-乙醇-離子液體([MM

3、im][DMP]、[OMim][PF6]、[BMim][BF4])的汽液相平衡測定，并對實驗數(shù)據(jù)進行活度系數(shù)模型擬合研究。對于乙酸乙酯-乙醇-離子液體體系，隨著離子液體[MMim][DMP]、[OMim][PF6]、[BMim][BF4]含量的增加，在離子液體摩爾分數(shù)分別超過0.048、0.141、0.353時，共沸物系的共沸被打破。三種離子液體對乙酸乙酯-乙醇體系的影響:[MMim][DMP]＞[OMim][PF6]＞[BMim][B

4、F4]。其中，[MMim][DMP]對乙酸乙酯表現(xiàn)出鹽析效應(yīng)，[OMim][PF6]和[BMim][BF4]對乙酸乙酯表現(xiàn)出交叉鹽現(xiàn)象。對于乙酸乙酯-乙醇體系，[MMIM][DMP]是一種優(yōu)良萃取劑。
　　(2)氯仿-乙醇-離子液體([MMim][DMP])的汽液相平衡測定及實驗數(shù)據(jù)的活度系數(shù)模型擬合研究。對于氯仿-乙醇-離子液體體系，隨著離子液體[MMim][DMP]含量的增加，在離子液體摩爾分數(shù)超過0.058時，共沸物系的共沸

5、被打破。[MMim][DMP]對氯仿-乙醇共沸體系的影響非常明顯，[MMim][DMP]的加入對氯仿表現(xiàn)出交叉鹽效應(yīng)。氯仿-乙醇二元體系加入[MMim][DMP]后，會使體系的平衡溫度升高，并且離子液體[MMim][DMP]的濃度越高三元體系的平衡溫度越高，同時，[MMim][DMP]的加入對于乙醇純組分的沸騰溫度的影響要大于對氯仿的影響。對于氯仿-乙醇體系，對比已報道離子液體，[MMIM][DMP]是最佳萃取劑。
　　(3)氯仿

6、-異丙醇-離子液體([MMim][DMP])的汽液相平衡測定及實驗數(shù)據(jù)的活度系數(shù)模型擬合研究。[MMim][DMP]的加入對氯仿-異丙醇原有共沸有明顯影響，在離子液體[MMim][DMP]的摩爾分數(shù)超過0.045時，共沸物系的共沸被打破。[MMim][DMP]的加入對氯仿表現(xiàn)出交叉鹽現(xiàn)象。氯仿-異丙醇二元體系加入[MMim][DMP]后，會使體系的平衡溫度升高，并且[MMim][DMP]濃度越高體系的平衡溫度越高，[MMim][DMP]

7、的加入對于異丙醇純組分沸騰溫度的影響要大于對氯仿的影響。對于氯仿-異丙醇體系，[MMIM][DMP]是最佳萃取劑。
　　(4)使用Wilson、NRTL、e-NRTL和UNIQUAC活度系數(shù)模型對實驗結(jié)果進行關(guān)聯(lián)，同時將幾個模型的關(guān)聯(lián)結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進行對比，得出模型參數(shù)，可用于本文中三個物系任意濃度組合的計算求解，對于今后該物系萃取精餾的研究有重要意義。
　　(5)建立一種活度系數(shù)計算模型Wilson-MR。該模型考慮了局部

8、組成模型中多程作用力的影響，同時分析了短程、長程作用力的影響，結(jié)果表明模型尤其適用于計算含離子液體的三元物系的活度系數(shù)。用Wilson-MR模型擬合了含離子液體物系的汽液相平衡情況，并與其它活度系數(shù)模型的關(guān)聯(lián)結(jié)果相對比，對Wilson-MR模型的優(yōu)點、不足及進一步的優(yōu)化方向進行了分析。
　　(6)使用Aspen plus設(shè)計了[MMim][DMP]萃取共沸物乙酸乙酯-乙醇的流程，對流程進行優(yōu)化并得到了與進料、萃取劑循環(huán)、設(shè)備操作參