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关键词： 正丙醇   离子液体   萃取精馏   COSMO-RS   过程模拟及优化  

摘要： 正丙醇(NPA)是一种非常重要的化工原料和溶剂,具有强溶解性和防腐特性,在化工、医药、化妆品等行业中占有重要地位。NPA-水混合物常存在于上述过程中,如何以最小经济成本分离该混合物是提高相关工艺效益的一个亟待解决的问题。然而,NPA-水混合物在常压下360.15 K时存在最低共沸点,共沸组成NPA摩尔含量0.43,且该共沸点对压力不敏感,即难以采用变压精馏分离该共沸混合物。因此本文研究了以离子液体为添加剂的萃取精馏分离NPA-水工艺流程,并针对此体系对离子液体添加剂的筛选进行了相关研究,将筛选后的离子液体应用于过程模拟与优化,取得了满意的效果。采用Aspen Plus软件对NPA-水萃取精馏工艺进行研究,以NRTL活度系数模型计算该体系的相对挥发度、汽液相平衡等热力学性质,通过比较说明1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐[EMIM][SCN]作为添加剂的优势。采用萃取精馏塔+闪蒸罐的分离流程进行过程模拟,优化时以单位产品能耗FEC和年度总花费TAC为目标函数,对分离过程的操作参数进行优化,并进一步分析了二氧化碳排放和分离效率对萃取精馏过程的影响规律,结果表明,与常规有机溶剂相比,此离子液体工艺具有低碳环保、资源节约的优点。为了探究是否存在分离效果更佳的离子液体添加剂,本文做了进一步的离子液体筛选。利用COSMO-RS模型预测并比较了由7种阳离子和6种阴离子自由组合成的42种离子液体对NPA-水混合物汽液相平衡的影响,从表面电荷密度、自由能等微观角度分析了离子液体促进NPA-水分离机理。然后从离子液体结构可设计性出发,通过分析结构改变对分离能力的影响规律,表明增加阳离子支链长度、侧链个数均不利于二者的分离,故应严格控制离子液体中阳离子支链长度和侧链个数。另外,相互作用能分析表明,1,3-二甲基咪唑甲基硫酸盐[MMIM][MS]与水的结合能力最大,固能使更多的水留在液相,增大NPA对水的相对挥发度,从而打破NPA与水的共沸点而实现混合物分离。将筛选出的[MMIM][MS]导入Aspen,进行热力学一致性验证,结果与实验值吻合良好。基于相对挥发度、三元相图,说明了[MMIM][MS]比其它三个离子液体分离能力强。以两步优化法对分离流程的操作参数进行优化,得到最佳工艺条件,从能源消耗、环境影响的四个指标分别与共沸精馏工艺、二甲基亚砜工艺、乙二醇工艺、[EMIM][SCN]工艺进行比较。结果表明,筛选出的离子液体工艺无论在经济上还是对环境友好上都具有明显的优势。所筛选的离子液体能有效地实现NPA-水混合物的分离,达到经济节约、环保低碳的目的,对工业实践有较强的借鉴与指导意义。

关键词： 三元共沸物   分子模拟   离子液体   萃取精馏   过程强化  

摘要： 在丙烯水合法生产异丙醇(IPA)的过程中会产生富含异丙醚(DIPE)、IPA的工业废水,但三元共沸物的形成给DIPE和IPA的分离回收带来了严峻的挑战。本研究基于COSMO-RS模型筛选出了最优的离子液体(IL)并研究了其分离机制,通过气液相平衡(VLE)实验进一步验证了其分离性能并获得了交互作用参数,然后提出以EG、[EMIM][OAc]及其混合溶剂分别作为萃取剂的三元萃取精馏方案。具体工作如下:(1)基于COSMO-RS模型,通过分子模拟软件从108种离子液体中筛选出了 1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([EMIM][OAc]);通过屏蔽电荷密度和过剩焓的分析,从分子水平上解释了[EMIM][OAc]与该共沸体系的作用力和成键机理。结果表明,阴离子[OAc]-其具有较强的氢键受体能力,且[EMIM][OAc]与该共沸物之间的相互作用力表现为:water>IPA>DIPE。(2)借助平衡釜在常压下完成了[EMIM][OAc]和EG与该共沸体系的三元VLE实验。y-x’图的结果进一步证实了 EG和[EMIM][OAc]的分离性能,且[EMIM][OAc]的分离能力明显优于EG。基于NRTL模型完成了对实验数据的关联,结果发现,DIPE+IPA+[EMIM][OAc]、IPA+water+[EMIM][OAc]以及DIPE+IPA+EG的模型拟合值与实验值的偏差分别为 2.65%、2.27%和3.65%。(3)提出了以EG为萃取剂的三元萃取精馏(ED)分离方案,基于顺序迭代优化程序,确定了最佳操作参数。然后引入变压热交换方式探究了该工艺的热集成节能方案,其能耗降低了 37.16%,TAC降低了27.18%。(4)将EMIM][OAc]的理化性质定义到Aspen Plus数据库中并导入实验获得的二元交互作用参数后,完成了 ILs三元萃取精馏工艺的设计和模拟。进一步提出了其热集成节能强化工艺配置。综合评估的结果发现:热集成强化方案使得能耗和TAC分别降低了 28.50%和10.59%。与常规溶剂EG相比,能耗和TAC更是降低了 27.71%和12.29%。(5)为了进一步提高能量利用效率,提出了以[EMIM][OAc]和EG为混合溶剂的萃取精馏分离工艺,确定了最佳的混合比为:4:6。引入变压热交换技术和蒸汽再压缩技术,设计模拟了两种热集成强化方案。综合评估发现,变压热集成方案在能耗和成本上更具优势,且与无热集成的方案相比,其能耗和TAC分别降低了 32.17%和20.51%。综上,本文针对DIPE-IPA-water废水物系,首次引入离子液体作为萃取剂,完成了从分子模拟筛选、VLE实验、模型关联到过程模拟及热集成强化的完整研究,基于TAC对所提出的多种精馏分离工艺进行了综合评估,从而确定了最佳的分离方案,为工业化提供了现实意义的指导。

关键词： 有机化学   实验教学   绿色创新  

摘要： 有机化学实验教学,是一门能够培养学生的动手能力、实验技能,以及思维创新能力的重要实践课程。这门课程,在化学、化工、环境以及生物等相关专业都有很重要的应用和教学。然而,笔者通过研究调查发现,目前高校的教学过程中使用的有机化学实验设备和原料,存在着不够环保绿色,以及资源浪费的严重问题。本文就如何进行有机化学实验教学的创新模式进行了探讨,并实践完成有机化学实验教学的绿色化、环保化。

关键词： 有机化学   食品   欠发达   课堂教学  

摘要： 有机化学是食品类专业的基础课程,对后续课程的学习有很重要的支撑作用。本文以我校实际出发,结合人才培养目标从教学内容、教学方法等方面进行了探讨

关键词： 思政建设   微课   有机化学  

摘要： 在二十一世纪互联网时代的推动下,大学生的思想政治教育受到了愈来愈多的关注,现已成为高等教育的重要任务。所以高校教师在传授专业知识的同时,有必要开展思想政治教育,提升大学生的专业素养。结合高等学校专业课程思政建设所面临的问题以及进行思政建设的意义,以《微课辅助新能源科学与工程专业基础课程教学改革的研究》为例,谈论了专业课课程思政建设的几个对策。通过微课辅助有机化学理论教学、微课辅助有机化学实验教学、微课辅助提高学生学习有机化学的主动性、微课辅助学生应用有机化学理论联系实际四个方面对教学目标进行修订,旨在形成学生正确的价值观;计划以网络技术为突破口,构建课内课外、线上线下、抽象与具体相融合的学习机制,革新教学内容形成课程教学"大思政"的新格局。

关键词： 二乙胺/丙酮   萃取精馏   汽液平衡   工艺优化   模型参数  

摘要： 丙酮和二乙胺在化工和制药等行业中拥有十分重要的应用。在镇痛药物盐酸丙帕他莫生产过程中的氨化反应阶段,丙酮和二乙胺接触而产生了含二乙胺/丙酮共沸物的废液。由于普通的精馏技术无法从含二乙胺/丙酮共沸物的废液中提纯出纯度较高的二乙胺或丙酮,所以本文利用萃取精馏进行了二乙胺/丙酮共沸物的分离工艺设计与优化。本文以二甲基亚砜(DMSO)或乙二醇(EG)为萃取剂,利用软件Aspen Plus对萃取精馏工艺进行了设计和优化的模拟。通过萃取剂DMSO、EG与二乙胺/丙酮共沸体系之间汽液平衡的实验研究,基于实验数据回归得到的模型参数,探讨了所选萃取剂对分离工艺的影响。本文基于相似相溶原理和COSMO-SAC模型确定了DMSO和EG作为萃取剂的可行性。在大气压(101.3 kPa)下测定了二乙胺/丙酮、二乙胺/DMSO、二乙胺/EG、丙酮/DMSO和丙酮/EG体系的汽液相平衡数据并通过了Herington法和Van Ness法的热力学一致性检验。利用Wilson、NRTL和UNIQUAC三种热力学模型对实验数据进行了回归,得到了模型的热力学参数。以年度总费用(TAC)最小为目标,采用序贯迭代法进行了以DMSO或EG为萃取剂的二乙胺/丙酮体系萃取精馏工艺的优化。通过优化,得到了两个工艺的塔板数、回流比、塔径、进料位置等设备参数和操作参数的最优值。比较了以EG为萃取剂和以DMSO为萃取剂的二乙胺/丙酮体系萃取精馏最优工艺的TAC,结果表明,在二乙胺/丙酮的萃取精馏分离工艺中,当以EG为萃取剂时的TAC比以DMSO为萃取剂低53.94%。本文所获得的基础化工实验数据及工艺流程参数能对此类共沸物的工业分离提供一定的理论指导。

关键词： 轻循环油   三甲基萘   连续精馏   连续侧线精馏   萃取精馏   Aspen Plus模拟  

摘要： 三甲基萘为轻循环油(LCO)中一种重要的芳烃化合物,可作为医药和表面活性剂的原料等。因其拥有很高的市场价值,提出了从LCO中提取三甲基萘的研究目标,旨在得到高纯度和高收率的三甲基萘。 根据LCO重质芳烃的组成情况,提出采用四塔连续精馏工艺提取三甲基萘。通过Aspen Plus软件对四塔连续精馏过程进行模拟,考察不同参数对分离效果的影响,并通过正交试验优化,在最优条件下,三甲基萘的含量和收率分别为73.62%和98.40%。该结果为后续进一步研究提供理论依据。 提出采用连续侧线精馏工艺提取三甲基萘。通过Aspen Plus软件对连续侧线精馏过程进行模拟,考察不同参数对分离效果的影响,并通过正交试验优化,在最优条件下,三甲基萘的含量和收率分别为77.71%和99.96%。由此可见,连续侧线精馏分离效果优于四塔连续精馏,故选择连续侧线精馏方案。建立连续侧线精馏装置进行实验验证,三甲基萘的含量和收率分别为81.43%和95.62%,与模拟值误差较小,表明分离方案可行。 提出采用萃取精馏进一步精制三甲基萘,通过萃取精馏脱除分离三甲基萘-正十六烷体系,进一步提高三甲基萘的含量和收率。初步筛选五种合适的萃取剂,通过单级萃取精馏模拟和汽液平衡法实验对萃取剂进行比较,最终选择苯乙腈作为分离三甲基萘和正十六烷混合溶液的萃取剂。通过Aspen Plus软件对萃取精馏工艺进行模拟,考察不同因素对分离效果的影响,并通过正交试验优化,在最优条件下,三甲基萘的含量和收率为99.65%和88.28%。建立萃取精馏实验装置进行实验验证,三甲基萘的含量和收率分别为95.24%和84.54%,与模拟值误差较小,证明了萃取剂的萃取效果和方案的可行性。

关键词： 新形势   有机化学   实验教学  

摘要： 作为一门基础课程,有机化学实验在高校教学计划中占据着非常重要的地位,不仅能使学生在实验教学活动中获取学科知识,还能通过实验操作培养他们的实践动手能力,有效促进创新意识培养目标的快速达成,全面提高学生在专业学习方面的的综合素养。基于此,教师应对学生的学习过程给予高度重视,遵循素质培养的教学原则,积极更新教学形式和方法,采取适合的教学手段,为有机化学实验教学注入新的能量,由此提升学生的学习积极性,提升高校有机化学实验教学效率,有效推进教学进程。本文将分析和说明新形势下高校有机化学实验教学的相关优化措施,并以此为基础展望有机化学实验教学未来的发展趋势。

关键词： 反应分子动力学ReaxFF MD   再次反应   结焦反应   化学反应机理  

摘要： 深入研究低阶煤煤焦油再次反应机理对调控煤热解过程中焦油的组成、收率和性质有重要作用,进而可实现煤的高效和清洁利用。煤焦油含有上百种物质,并且其再次反应过程由自由基驱动,反应快速,难以用先进的实验方法或高精度的量化方法原位检测。ReaxFF MD可描述复杂体系的化学反应机理,且不必预先定义反应路径,为从分子层次认识煤焦油再次反应过程的全景式图景提供了理论支撑。为利用ReaxFF MD模拟开展淖毛湖低阶煤焦油再次反应的研究,本论文基于国际上最大的淖毛湖煤模型慢速升温的ReaxFF MD模拟结果,从不同温度的模拟轨迹中直接提取焦油组成,构建了大规模、可代表不同裂解程度的煤焦油模型,分别为原煤一次裂解阶段、二次裂解前期和二次裂解中后期阶段。本论文采用基于高性能计算GPU的ReaxFF MD程序系统（GMD-Reax）考察了温度对从一次裂解阶段提取的煤焦油模型再次反应的影响,并借助国际上首个基于化学信息学的化学反应分析与可视化软件VARx MD对长时间恒温ReaxFF MD模拟结果进行了分析。模拟获得了淖毛湖煤焦油再次反应过程中主要产物（焦炭、轻质焦油和气体）的生成趋势、主要桥键的行为、环状官能团和含氧官能团的演化规律,并分析了主要气体的生成路径。本论文着重探讨了重质焦油发生缩聚反应转化为焦炭的过程,认为一次裂解获得的煤焦油再次反应前期的结焦反应主要发生在-CH2-O-位点,数量较少,反应后期主要发生在-CH2-CH2-活性位点;五元环和七元环是焦炭形成的前驱结构,并且在模拟温度的1700 K焦炭收率最低。这些细致的焦炭结构和转化机理难以通过实验或其它计算方式获得。本论文首次探讨了从原煤不同裂解程度提取的煤焦油的组成和结构对其再次反应过程的影响。ReaxFF MD长时间的模拟结果显示,低裂解程度煤焦油再次反应过程中会生成更多轻质气体,特别是H/C较高的气体;重质焦油转化为焦炭的转化率随煤焦油裂解程度的升高而降低,但焦炭的收率随裂解程度的升高而增加;除了重质焦油,高裂解程度的煤焦油再次反应过程会有部分轻质焦油转化为焦炭,该现象不会在其余两种裂解程度的煤焦油再次反应过程中出现。基于高性能计算和化学信息学相结合的大规模化学反应分子动力学模拟方法,实现了对大规模淖毛湖煤焦油模型的直接模拟,探索了不同因素对煤焦油再次反应过程的影响,这些从分子层面获得的机理认识是目前实验手段难以获得的,可为实验或工业调控焦油品质提供理论指导。

关键词： 有机化学   实验教学   重要性   现状   改革实践   措施  

摘要： 在化学教学当中,有机化学实验教学是重要的组成部分,对学生深入了解化学知识,提高实践操作水平有重要价值。随着时代的不断发展,有机化学在各学科领域当中发挥着越来越重要的作用,大学传统的有机化学实验教学模式已经落后,无法满足社会发展的需要,无法满足学生学习的需要。改革大学有机化学实验教学有利于培养高素质人才,满足社会发展对高素质化学人才的需求,促进高校教学质量的提高。