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关键词： 过氧化氢异丙苯   α-甲基苯乙烯   汽液平衡测定   萃取精馏   Aspen Plus  

摘要： 在过氧化二异丙苯（DCP）的生产过程中,由于参与该生产过程的反应物及产物的化学稳定性较差,因此会发生大量的副反应。生产过程中的副产物如异丙苯、过氧化氢异丙苯（CHP）、α-甲基苯乙烯、苯乙酮和α,α-二甲基苄醇等均为有机合成中重要的中间体。本论文根据副产物之间的性质差异,提出了DCP生产中氧化及脱水缩合阶段副产物的分离方法。测定并关联负压条件下异丙苯-CHP、常压下α-甲基苯乙烯-苯乙酮、苯乙酮-α,α-二甲基卞醇、α-甲基苯乙烯-α,α-二甲基卞醇二元体系及α-甲基苯乙烯-苯乙酮-α,α-二甲基卞醇三元体系的汽液平衡数据,采用Herington面积法检验实验数据的热力学一致性,并对其热力学数据作回归分析,得到二元体系之间完整的交互参数。分别选用NRTL和UNIQUAC相平衡模型计算汽液平衡状态下二元及三元体系中汽、液相的理论值,并与实验值进行比较,结果表明:NRTL与UNIQUAC相平衡模型下的理论值与实验值之间的相对误差均小于5%,证明了实验值的可靠性;且相较于UNIQUAC模型,NRTL模型的关联误差更小,更适用于该体系。设计连续精馏过程分离异丙苯-CHP。通过绘制异丙苯-CHP的二元相图可知,两者之间的相对挥发度远大于1,即可通过连续精馏过程实现异丙苯与CHP的分离。采用化工流程模拟软件Aspen Plus考察理论塔板数N、原料进料位置NF、塔顶出料量D及回流比R对连续精馏过程中塔顶异丙苯的含量及收率的影响,并设计正交试验进一步优化各工艺参数;在此数据的基础上,建立实验装置进行实验研究,在优化条件下,异丙苯的含量与收率分别为95.23%和96.88%。采用连续精馏与萃取精馏相结合的方法分离DCP生产过程中脱水缩合阶段的副产物。根据萃取剂筛选的基本原则和方法,采用单级萃取模拟及相平衡测定法筛选萃取精馏过程中的萃取溶剂,并考察各工艺参数对连续精馏、萃取精馏及溶剂回收过程的影响。根据模拟优化所得的最佳操作条件建立实验装置做验证实验,并与实验值相比较,结果表明模拟值与实验值的相对误差均小于5%,说明实验值与计算值一致,证明了工艺流程的可行性。

关键词： 离子液体   液-液萃取   稀土分离   高效除铝  

摘要： 钇是一种重要的稀土元素,广泛用于航空航天、高温超导体、合金材料、荧光材料等,但由于钇的物理化学性质与相邻的稀土元素钬和铒极其相似,导致钇的分离纯化比较困难。稀土元素钆具有独特的性质,如强大的磁力矩,对热中子有强吸引力等,广泛用于中子吸收剂、磁共振成像、磁存储器、核反应掩蔽剂等,但这些应用对钆的纯度要求特别高（>99.995%）。目前常采用有机溶剂萃取法对稀土钇和钆进行分离纯化,但有机溶剂如甲苯、煤油等具有挥发性和毒性,且存在钇与钬、铒的分离系数低（～1.3）,稀土钆溶液中伴生杂质铝难以除去等问题。近年来,离子液体作为一种新型介质被用于稀土钇和钆的分离纯化,但仍存在一些问题,如常规离子液体萃取效率低,离子液体粘度较大,需要溶解在有机溶剂如甲苯、煤油中等,这与绿色化学的理念相违背。因此寻找一种高效、清洁、对目标稀土元素具有高选择性的离子液体萃取体系具有重要的意义。本文设计、合成了3种能与钇和钆形成配位作用的吡啶类羧酸离子液体和3种低粘度的常规离子液体,建立了基于这些离子液体的钇与钬、铒选择性分离及稀土钆高效除铝的新方法。主要研究内容如下:1.根据离子液体的可设计性,将具有配位作用的羧酸官能团引入到吡啶阳离子中,设计、合成了3种吡啶类羧酸离子液体([（CH2）_nCOOHpyr][NTf2],n=3,5,7)和3种低粘度的常规离子液体[C4mim][NTf2]、[C4mim][PF6]、[C4pyr][NTf2],通过核磁氢谱、碳谱和红外光谱对离子液体的结构进行表征,此外对离子液体的粘度、密度、热稳定性及含水量进行了测定。结果表明所合成的离子液体与其结构相符。2.将吡啶类羧酸离子液体([（CH2）_nCOOHpyr][NTf2],n=3,5,7)溶解于常规离子液体[C4mim][NTf2]中构建新型离子液体萃取体系。系统考察了萃取时间、水相p H值、萃取剂浓度、温度和离子液体烷基链长度等对钇萃取性能的影响,研究了钇与钬、铒的选择性分离性能。结果表明,[（CH2）7COOHpyr][NTf2]-[C4mim][NTf2]体系对钇/钬、钇/铒分离系数高达2.14和2.03,优于文献报道的结果。结合斜率分析法和红外法,[（CH2）7COOHpyr][NTf2]-[C4mim][NTf2]体系萃取钇的机理为阳离子交换机理,此外该离子液体体系经过8次再生及循环利用后,对钇的萃取率依然能够保持在98%以上,说明该离子液体体系是一种潜在分离钇/钬、钇/铒的新型萃取剂。3.将吡啶类羧酸离子液体([（CH2）_nCOOHpyr][NTf2],n=3,5,7)溶解于离子液体稀释剂[C4mim][NTf2]、[C4mim][PF6]、[C4pyr][NTf2]中构成离子液体相用于钆溶液的高效除铝。考察了对稀土钆与铝离子萃取分离的主要影响因素,如稀释剂和萃取剂的种类、水相p H值等。通过调控水相p H值,利用萃取剂与钆和铝离子的配位能力的差异来实现钆的高效除铝。其中,[（CH2）5COOHpyr][NTf2]-[C4mim][NTf2]和[（CH2）7COOHpyr][NTf2]-[C4mim][NTf2]体系对铝和钆的分离系数高达6.4×10～3,显著高于目前文献报道的结果。通过斜率分析法和红外法提出了[（CH2）7COOHpyr][NTf2]-[C4mim][NTf2]体系中钆的萃取机理为阳离子交换机理。此外,[（CH2）7COOHpyr][NTf2]-[C4mim][NTf2]体系经过8次再生及循环利用后,对钆的萃取率仍高于95.5%。该研究为稀土钆的高效除铝提供了一种比较有前景的新方法。

关键词： 气液平衡   共沸物   萃取精馏   活度系数模型   模拟优化  

摘要： 甲醇和甲酸乙酯是重要的基础化工原料,常压下两种物质可形成共沸物,若要将其完全分离并得到高纯产品,应采用特殊精馏。本文针对甲醇-甲酸乙酯共沸物系,选择三种有效的萃取剂对其进行萃取精馏研究,包括离子液体[MMIM][DMP],[EMIM][OAC]和有机溶剂DMSO。(1)利用气液平衡釜测定常压下(101.3 kPa)甲醇-甲酸乙酯二元物系的气液平衡数据(VLE)并验证热力学一致性;以及甲醇-甲酸乙酯-[MMIM][DMP]、甲醇-甲酸乙酯-[EMIM][OAC]、甲醇-甲酸乙酯-DMSO三个三元物系的VLE数据。(2)分析了三种萃取剂的种类、浓度对甲醇-甲酸乙酯气液相平衡的影响。实验结果表明,三种萃取剂均可以有效破坏甲醇-甲酸乙酯的共沸状态,提高体系的相对挥发度;萃取剂用量越大,相对挥发度增加的幅度越大,对相平衡的影响也更大;三种萃取剂的分离效果为[EMIM][OAC]>[MMIM][DMP]>DMSO。(3)采用Wilson、NRTL、UNIQUAC三种活度系数模型对甲醇-甲酸乙酯、甲醇-甲酸乙酯-萃取剂的VLE数据进行拟合,得到二元交互参数并探究模型的适用性。发现三种模型的关联效果均较好,其相对偏差均小于5%,具有较好的适用性,其中NRTL模型的偏差最小。(4)采用Aspen Plus软件进行流程模拟并以NRTL为基础方程,使用[EMIM][OAC]和DMSO两种萃取剂。验证了离子液体[EMIM][OAC]和有机溶剂DMSO萃取精馏分离甲醇-甲酸乙酯方案的可行性,并以TAC为目标函数进行流程优化。对比模拟结果得到,以[EMIM][OAC]为萃取剂的工艺中萃取剂用量少,TAC小,能耗低。综上,本文针对甲醇-甲酸乙酯共沸物系,使用了三种萃取剂进行萃取精馏,测量了体系的VLE数据;并利用不同的活度系数模型进行数据拟合,得到物质之间的二元交互参数和模型的适用性;完成了萃取精馏工艺流程的模拟与优化,验证了实验方案的可行性与准确性。

关键词： 乙苯   二甲苯   汽液相平衡   萃取精馏   模拟计算  

摘要： C8混合芳烃主要包含乙苯、对二甲苯、间二甲苯和邻二甲苯四种组分。将乙苯从C8混合芳烃中分离出来,既有利于生产高纯度二甲苯产品,也能够补充乙苯产能。由于乙苯与间/对二甲苯之间的沸点仅相差2.16℃,普通精馏分离成本较大、难度较高,因此利用萃取剂增大乙苯与间/对二甲苯之间的相对挥发度,以萃取精馏方法分离C8混合芳烃。本文的研究目的是利用汽液相平衡的实验方法,筛选萃取剂,测定汽液相平衡数据,为乙苯-二甲苯体系的高效分离提供数据基础。测定了若干种萃取剂对乙苯-二甲苯体系的萃取分离效果,优选1,2,4-三氯苯为萃取剂。采用改进的汽液相平衡Rose釜测定了乙苯+对二甲苯、乙苯+间二甲苯、乙苯+1,2,4-三氯苯、对二甲苯+1,2,4-三氯苯、间二甲苯+1,2,4-三氯苯五组二元体系以及乙苯+对二甲苯+1,2,4-三氯苯、乙苯+间二甲苯+1,2,4-三氯苯两组三元体系在101.33k Pa下的汽液相平衡数据。以Wisniak法和Van Ness法检验,数据符合热力学一致性。采用Wilson、NRTL和UNIQUAC活度系数模型分别对五组二元气液相平衡数据进行关联拟合,得到各模型的二元交互作用参数,在此基础上对乙苯+对二甲苯+1,2,4-三氯苯和乙苯+间二甲苯+1,2,4-三氯苯两组三元体系进行预测计算,结果表明,各模型的计算值与实验值吻合度较好。以1,2,4-三氯苯为萃取剂,能够使乙苯-对二甲苯体系和乙苯-间二甲苯之间的相对挥发度向有利于分离的方向改变,初步工艺计算表明,乙苯产品收率98.5wt%,纯度99.0wt%,为工业分离乙苯提供了技术支持。

关键词： 结构化学模型   高中化学   有机化学   教学策略  

摘要： 有机化学在高中阶段是必修模块之一,同时也是学习的难点之一。其中,有机物化学性质的知识既处于基础且核心的地位,也是学生学习最吃力的部分。客观原因在于有机物性质杂、乱、多,需要理解和记忆同步到位,主观原因在于学生缺乏科学的学习策略,往往采取死记硬背的方式,导致了有机化学的学习困境。因此,本研究提出基于结构化学模型的教学策略,应用在高中有机化学中有机物性质的教学中,对广州地区某高中的两个班级的同学进行实验研究,得出了结论:(1)基于结构化学模型的教学策略对高中生有机物化学性质的学习有显著帮助效果;(2)基于结构化学模型的教学策略对性质丰富的物质(如烯烃、醇、芳香化合物等)的学习有显著帮助效果;(3)基于结构化学模型的教学策略对高中男生的有机物性质学习有显著帮助效果;(4)基于结构化学模型的教学策略对学业水平中后段的高中生的有机物性质学习有显著帮助效果。 论文主要分为以下五个章节:第一章针对当前现状下高中生有机物化学性质的学习困难进行分析;第二章梳理国内外相关文献,对结构化学、模型、教学策略等核心概念进行界定,结合教育理论建立基于结构化学模型的教学策略与教学设计;第三章开发调查问卷与统计量表,进行教学实验研究和并用spss 23软件前测与后测问卷数据分析;第四章根据数据结果,得出本研究所提出的结构化学模型对高中生有机物性质学习的影响的研究结果;第五章基于研究结果,提出必要结构化学知识的学习对有机物化学性质的学习有积极促进意义的研究结论,为后续不断的新课程改革提供参考经验。

关键词： 萃取精馏   动态控制   蒸汽再压缩   渗透汽化   混合萃取剂  

摘要： 在精细化工及制药生产过程中会产生含低碳醇、酯和腈的多组分复杂混合物,上述组分间常存在共沸现象,使其分离过程颇具挑战。本文分别以异丙醇/乙酸正丙酯/水、异丙醇/乙腈/水、异丙醇/乙酸乙酯/水体系为例研究萃取精馏分离含异丙醇和水的三元体系工艺流程设计,对工艺流程进行节能和动态控制特性研究。使用蒸汽再压缩技术、耦合渗透汽化单元操作以及使用混合萃取剂模拟三个体系分离工艺流程并进行优化实现节能。（1）采用蒸汽再压缩技术对异丙醇/乙酸正丙酯/水分离工艺中性能系数COPs值为11.41的萃取精馏塔进行能量集成,回收能量370.87 k W,工艺能耗减少10.09%,总年度费用（TAC）降低7.95%。分离每千摩尔混合物的全球变暖潜势（GWP）和酸化潜势（AP）分别从16.49 kg CO2-eq和0.0295 kg SO2-eq降至14.83 kg CO2-eq和0.0265 kg SO2-eq。（2）对于异丙醇/乙腈/水体系,研究了二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、甘油和乙二醇四种萃取剂的生物毒性和对该体系气液平衡的影响,确定最优萃取剂为乙二醇。采用通量分别为1.77 g ·m-2·h-1和567 g ·m-2·h-1,渗透性分别为4.44g ·m-1·h-1·k Pa-1和74.41 g ·m-1·h-1·k Pa-1的聚多巴胺涂层金属有机骨架混合基质膜分离水与萃取剂乙二醇,精馏-渗透汽化耦合工艺比萃取精馏工艺能耗降低45.91%,TAC减少21.11%。分离每千摩尔混合物的GWP和AP分别从12.62CO2-eq和0.0226 SO2-eq降至8.11 CO2-eq和0.0145 SO2-eq。（3）对于异丙醇/乙酸乙酯/水体系,研究了二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和乙二醇四种萃取剂对该体系气液平衡的影响,发现乙二醇对该体系共沸物乙酸乙酯-异丙醇相对挥发度影响最大,二甲基亚砜对共沸物异丙醇-水的相对挥发度影响最大。通过萃取剂混合比例优化确定最优混合比例为30%二甲基亚砜+70%乙二醇。基于混合萃取剂的工艺分别比使用乙二醇和二甲基亚砜单一萃取剂的工艺TAC降低5.05%和6.09%。再沸器热负荷降低6.64%和6.43%。对三塔萃取精馏分离异丙醇/乙酸正丙酯/水工艺进行了动态控制研究,开发了固定回流比和温度/组成串级控制结构,其中温度/组成串级的控制结构处理±10%的进料流量扰动时能使产品纯度在16 h内稳定到设定值,而处理±10%的进料组成扰动时,产品纯度在12 h内稳定到设定值。对于热泵精馏工艺流程,采用固定回流比控制策略,在处理±10%的进料流量和组成扰动时三个精馏塔的产品纯度在10 h均可以稳定到设定值。

关键词： 概念图   PBL   复习课   有机化学  

摘要： 《普通高中化学课程标准(2017)年版》的基本理念中提出要重视开展“素养为本”的教学,国家对人才培养的要求更加追求创新思维、合作意识和问题解决能力。为发展学生的化学学科核心素养和培养社会需要的人才,寻求新的化学教学模式很有必要的。为了落实高中生的化学学科素养的教学目标,重点提升学生的创新思维、合作意识和问题解决能力,以情境学习理论、建构主义学习理论等四大理论作为理论基础,本文提出了基于问题的学习(Problem-Base Learning,PBL)联合概念图在高中化学复习课中的实践研究策略。本研究分为两个阶段:前期为准备阶段,阅读相关文献了解PBL和概念图的研究现状,通过教师访谈了解目前化学复习课的授课比例、复习方法、实际教学效果及对本复习策略的态度和建议;后期为实践阶段:选择成绩无显著差异的两个班级作为实验班和对照班,对实验班的学生进行PBL及概念图的相关培训,实验班采取PBL联合概念图的策略复习人教版选修五第三章:烃的含氧衍生物,对照班则采取传统复习方法进行复习,并进行后测。通过课堂分析、后期跟进、访谈学生和学生后测成绩分析,表明将PBL联合概念图应用到高中化学复习课中,对学生的学习成绩有明显的促进作用,其中对中等生的影响最大、优等生次之,最后是学困生。此教学策略既可以帮助学生构建完整的化学知识体系,通过绘制概念图学生也能达到自我检测知识的目的,学生能在深度理解概念关系的基础上掌握知识内容,提升复习效率,也可以培养学生的创新思维、合作意识和问题解决能力,学生的学习由机械地接受转变主动的构建,有效的提升了学生的学习兴趣和积极性;教师通过实施PBL联合概念图的复习模式,可以转变教学方式和更新教学理念,所绘制的概念图,可以在教学中多次使用,也可以作为学习资源分享给学生自主复习。此外,有机化合物的结构和性质是人教版选修五的重要内容,也是高考中选做题的知识基础。将PBL联合概念图应用到此部分内容的复习课中,有助于梳理有机物结构和性质,实现知识的结构化。

关键词： 变式教学   有机化学   程序性知识  

摘要： “变式”是对指向知识本质的原型问题的变化形式。“变式教学模式”是通过非本质特征迭代变化,逐渐深化学生对知识本质特征认知和把握的教学模式。本文拟在如下三方面展开研究:(1)当前学生学习有机化学程序性知识的实际情况是怎样的?(2)基于现状,如何构建变式教学模式下的有机化学程序性知识复习课?(3)变式教学模式下有机化学程序性知识复习课成效如何?本文的研究方法是文献研究、问卷调查、访谈研究和个案研究,结论如下:实验组中不同学业水平学生对有机化学程序性知识“有机合成与推断”的掌握均较为薄弱,三类学生的学习障碍及其成因均不同。本研究基于文献研究和心理学相关认知理论构建了以“创设原型问题”、“构建变式问题”和“铺设循环路径”为主要教学环节的变式教学模式。实施变式教学前后学生有机化学程序性知识水平有显著性差异,对学业中等水平学生有机化学程序性知识水平的提升更具成效。此外,研究发现,变式教学模式不仅能同时满足不同学业水平学生的学习需求,还能有助于教师教学能力及命题能力的提升。故此,本研究认为变式教学模式为减轻学生学业负担,提升教师素养指明了一条行之有效的道路。

关键词： 绿色化教学   高校   有机化学   实验教学   改革  

摘要： 随着社会的不断发展,人们对绿色化教学越来越重视,开展有机化学的课程可以培养他们的创造能力,还可以培养他们的动手操作能力,有利于学习素质的提高,让学生更好地学习,为学生以后的动手操作奠定基础,促进学生各个方面的发展。除此之外,绿色化教学可以减少对环境的污染,同时节约教学成本。因此,学校要重视有机化学实验教学的改革,为学生提供一个好的实验环境,不断完善这一改革,提高机化学实验的教学的质量。因此,本文将要来探讨分析一下基于绿色化教学的高校有机化学实验教学改革。

关键词： 有机化学   反应机理   课程思政   竞争  

摘要： 为提高教学效果以及学生学习《有机化学》课程的兴趣,我们对有机化学课程的教育教学内容进行改革,挖掘本课程知识体系中蕴含的马克思主义哲学观点及其课程思政元素。文章以一个基于有机分子反应机理的课程思政教学案例为范例,论述了《有机化学》课程思政教学的原理、内容和方法,力图使有机化学课堂教学达到学理性与政治性的相统一。结果表明,有机化学课堂开展"课程思政"教学的效果良好,提高了学生的学习积极性。