離子液體對三種共沸物系的相平衡影響及模型研究.pdf

1、“綠色溶劑”離子液體作為萃取劑在采取萃取精餾技術(shù)分離共沸物的過程中具有重要作用。本文在充分查閱國內(nèi)外共沸物分離研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，以乙酸乙酯-乙腈、甲醇-四氫呋喃(THF)、甲醇-碳酸二甲酯三種共沸體系作為研究對象，綜合考慮共沸體系中分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及離子液體的萃取能力等因素，篩選出1-烷基-3-甲基咪唑二（三氟甲基磺酰）酰亞胺離子液體作為萃取精餾的萃取劑，并進(jìn)行深入研究。
　　針對該離子液體可能的應(yīng)用條件，設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)方案，以Modif

2、ied-Othmer釜為主要的研究條件，系統(tǒng)研究了三種共沸體系添加離子液體萃取劑的相平衡數(shù)據(jù)，從而掌握了離子液體加入后的平衡組成、相對揮發(fā)度、活度系數(shù)、平衡溫度等變化情況。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過對比離子液體的分離效果，確定了最適宜的萃取劑。同時(shí)，利用Wilson、NRTL、e-NRTL和UNIQUAC模型對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合，從而有效擴(kuò)展了熱力學(xué)模型的應(yīng)用范圍。
　　本文以Wilson模型為基礎(chǔ)，將粒子間因靜電力產(chǎn)生的長程作用力納入到

3、活度系數(shù)的修正范圍，建立Wilson-PDH模型，據(jù)此研究了影響長程作用力的因素，并使用該模型對含離子液體物系的相平衡數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)學(xué)計(jì)算。此外，對離子液體做為萃取劑的萃取精餾過程進(jìn)行流程化的概念設(shè)計(jì)，使用Aspen Plus軟件對萃取精餾過程進(jìn)行了流程模擬，系統(tǒng)研究了相關(guān)操作因素對萃取分離效果的影響，對離子液體進(jìn)一步的工業(yè)化應(yīng)用提供了一定的理論指導(dǎo)。
　　本階段的主要工作如下:
　　1)確定共沸體系研究對象并篩選適宜的離子液

4、體。在研究離子液體在對共沸物的分離進(jìn)展后，確定以乙酸乙酯-乙腈、甲醇-THF、甲醇-碳酸二甲酯等三種共沸物系作為研究對象，并綜合考慮共沸物系組成的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、離子液體的萃取能力及穩(wěn)定性等影響因素，篩選出1-烷基-3-甲基咪唑二（三氟甲基磺酰）酰亞胺（烷基=乙基、丁基、己基）作為萃取劑開展研究。
　　2)乙酸乙酯-乙腈-離子液體物系。測定了常壓下乙酸乙酯-乙腈、乙酸乙酯-乙腈-[EMIM][NTf2]/[BMIM][NTf2]/[

5、HMIM][NTf2]等3個(gè)三元物系汽液相平衡數(shù)據(jù)，分析了離子液體加入對相平衡的影響。依據(jù)e-NRTL模型計(jì)算出分離上述共沸物系所需最小摩爾分?jǐn)?shù)分別為[EMIM][NTf2]0.035、[BMIM][NTf2]0.027、[HMIM][NTf2]0.021。
　　3)甲醇-THF-離子液體物系。測定了甲醇-THF、甲醇-THF-[EMIM][NTf2]/[BMIM][NTf2]/[HMIM][NTf2]等3個(gè)三元物系的汽液相平衡數(shù)

6、據(jù)，分析了離子液體加入對相平衡的影響。依據(jù)e-NRTL計(jì)算出分離上述共沸物系所需最小摩爾分?jǐn)?shù)分別為[EMIM][NTf2]0.219、[BMIM][NTf2]0.173、[HMIM][NTf2]0.128。
　　4)甲醇-碳酸二甲酯-離子液體。測定了常壓下甲醇-DMC、甲醇-DMC-[HMIM][NTf2]三元物系相平衡數(shù)據(jù)，分析了離子液體加入對相平衡的影響。依據(jù)e-NRTL計(jì)算出分離甲醇-DMC共沸物系所需[HMIM][NTf2

7、]最小摩爾分?jǐn)?shù)是0.042。
　　5)利用Wilson、NRTL、e-NRTL和UNIQUAC對二元及含離子液體的三元物系相平衡數(shù)據(jù)進(jìn)行了關(guān)聯(lián)擬合，并獲得了相關(guān)的模型參數(shù)。
　　6)創(chuàng)建Wilson-PDH模型，通過研究影響長程作用力的因素，并引入長程作用力對組分活度系數(shù)的貢獻(xiàn)程度，分析溶劑介電常數(shù)、離子液體的摩爾濃度及解離程度等因素對長程作用力的影響。
　　7)對離子液體[HMIM][NTf2]萃取精餾分離甲醇-TH