关键词:
叔丁醇
低共熔溶剂
汽液平衡
NRTL方程
萃取精馏
摘要:
叔丁醇是一种重要的有机化工原料,在叔丁醇的精制过程中叔丁醇脱水是一个重要的挑战。结合低共熔溶剂低蒸气压、分离能力强、稳定性好、粘度低、原料易得的优点,我们研究了水+叔丁醇+溶剂三元/四元汽液平衡数据,并用NRTL方程对实验数据进行了关联。利用得到的二元作用参数对萃取精馏过程进行了模拟。综合比较了不同溶剂对水+叔丁醇体系的分离性能。101.3 kPa下,分别测定了水(1)+叔丁醇(2)+乙二醇(EG)、甘油(G)、二乙二醇(DEG)、三乙二醇(TEG)、三聚四乙二醇(TEEG)、一缩二丙二醇(DPG)(3)三元体系等压汽液平衡数据,得到了挥发性组分的活度系数和相对挥发度。用NRTL方程对汽液平衡数据进行了关联,实验结果和计算结果吻合良好。水(1)+叔丁醇(2)+乙二醇(3)三元体系的平衡温度和叔丁醇汽相摩尔组成的平均绝对偏差分别为δT=0.22 K,δy=0.0011。结果表明,甘油和乙二醇是两种比较有效的溶剂,乙二醇和甘油破除水+叔丁醇共沸体系所需溶剂质量分数分别为w3=0.265、0.215。对于四元体系,101.3 kPa下,本论文测定了水(1)+叔丁醇(2)+乙二醇(EG)(3)+氯化胆碱(ChCl)(4)和水(1)+叔丁醇(2)+甘油(G)(3)+氯化胆碱(ChCl)(4)四元等压汽液平衡数据。利用NRTL方程建立了四元体系热力学模型,并用所得参数计算了汽液平衡数据,结果表明实验结果被完美重现。本论文还计算了x?2=1时的等压汽液平衡数据,研究了破除水+叔丁醇共沸体系的最小溶剂用量,各溶剂破除共沸所需溶剂用量分别为:EG:ChCl(2:1),ws=0.135,xs=0.116;EG:ChCl(4:1),ws=0.165,xs=0.159;EG:ChCl(8:1),ws=0.195,xs=0.203;G:ChCl(8:1),ws=0.205,xs=0.164。对于EG+ChCl摩尔比为2:1形成的低共熔溶剂,它的性能与[emim][OAc](ws=0.115)、[bmim][OAc](ws=0.145)、[emim][Cl](ws=0.105)的性能相当。但相比于离子液体,低共熔溶剂粘度更低、价格更便宜。所以乙二醇与氯化胆碱摩尔比为2:1形成的低共熔溶剂是一种潜在的应用于分离水+叔丁醇共沸体系的萃取剂。利用Aspen plus,基于NRTL活度系数模型,分别选用乙二醇、甘油、乙二醇+氯化胆碱(2:1)、甘油+氯化胆碱(8:1)四种萃取剂对水+叔丁醇进行萃取精馏模拟。分别研究了理论塔板数、恒沸物进料位置、回流比、萃取剂进料位置、溶剂比(S/F)对萃取精馏的影响。结果表明:达到相同分离任务,就分离效果和能耗来说,乙二醇+氯化胆碱(2:1)是一种潜在的高效且廉价易得的绿色溶剂。本文为低共熔溶剂在水+叔丁醇共沸物分离中的应用提供了可靠的实验数据和理论依据。