关键词：
分子模拟
萃取精馏
萃取剂
选择性
混合能
摘要：
萃取剂的选择问题是萃取精馏过程开发的首要问题。本文使用分子模拟的方法探索萃取剂分子与待分离物系分子间相互作用,试图以分子间相互作用能和待分离二组分分子与萃取剂分子间混合能的差值大小评价萃取剂的优劣。同时对常用萃取剂建立数据库以热力学NRTL方程计算萃取剂分离特定二元物系时的选择性,以对比分子模拟模型的计算结果。并且使用不同萃取剂对萃取精馏分离甲醇-乙酸甲酯的过程进行了流程模拟验证。首先,本文以量子力学模拟的方法计算两分子间的相互作用能。计算结果表明氟化氢与水分子间相互作用能处在101 kcal/mol数量级,而苯胺和苯、苯胺和环己烷、NMP和苯、NMP和环己烷、苯酚和苯、水和苯、水和环己烷等分子间相互作用能均处在100 kcal/mol数量级。新戊烷和苯分子间相互作用能处在10-1kcal/mol数量级,丙烷和正丁烷分子间相互作用能处在10-2 kcal/mol数量级。因而初步判断大部分萃取剂分子与与待分离组分分子间相互作用能处在100kcal/mol数量级范围内。然后,使用分子力学模拟的方法计算待分离两组分分子与萃取剂分子间的混合能,并以两个混合能的差值大小来评价萃取剂。同时使用热力学NRTL方程计算萃取剂的选择性作为模型结果的对比。以苯-环己烷体系为例,采用分子力学模拟的方法计算了一元醇类、一元羧酸类和常用的萃取剂和几种离子液体分子间的混合能,同时计算不同萃取剂的选择性以验证模型结果。对比结果表明选择性与混合能差值基本呈线性关系,选择性随混合能差值的增大而增大。最后,使用Aspen Plus软件对萃取精馏分离甲醇-乙酸甲酯体系进行了流程模拟计算,分别计算了N-N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇做萃取剂时的分离效果,计算结果表明二甲基亚砜分离效果最佳。并且对经过分子模拟方法计算的11种未知萃取剂分别进行了流程模拟计算以验证分离效果,验证结果表明分子模拟的方法成功选择出了合适的萃取剂。
