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离子液体用于苯—乙腈共沸物系的研究

陈金玲  
【摘要】:苯和乙腈是化学工艺生产中的重要溶剂。在用乙腈和乙炔为原料生产2-甲基吡啶的工艺过程中,有机钴溶于苯中用作催化剂,苯与乙腈在常压下形成的最低共沸物会降低产率。并且二者形成的最低共沸物,传统蒸馏方法无法实现分离。萃取精馏因其能耗低、操作简便、优异的分离表现成为分离苯-乙腈共沸物的常用精馏工艺方法。由于近年来绿色化学的倡导,离子液体因其优异性能,逐渐替代传统有机溶剂,成为萃取精馏中的首选萃取剂。为了选择合适的离子液体分离苯-乙腈共沸物系,本文工作内容如下:(1)采用基于COSMO-RS模型的COSMOtherm X软件,选择22种阳离子、22种阴离子自由搭配组成484种离子液体,以高选择性为指标筛选目标离子液体。结果表明,[BF_4]-、[PF_6]-类离子液体具有优异的分离性能;反观阳离子,虽然咪唑类离子液体较其它阳离子选择性较低,但较低的粘度使其具有优异的工业应用前景,同时结合离子液体与共沸组分间的互溶性,选用1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐[OMIM][PF_6]、1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐[OMIM][BF_4]和1-癸基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐[DMIM][PF_6]为分离苯-乙腈共沸物系的适宜萃取剂。(2)在101.3 k Pa,338.15K-368.15K下测量了所选离子液体粘度,使用VFT方程对实验数据拟合,关联偏差均小于1%。在相同条件下,三种离子液体粘度大小:[DMIM][PF_6][OMIM][PF_6][OMIM][BF_4]。同时,在同一压力下,338.15K-368.15K温度下测量了所选离子液体比热,并对数据关联拟合,关联偏差为±0.06%,在同压力、温度条件下,三种离子液体比热顺序为:[OMIM][BF_4][DMIM][PF_6][OMIM][PF_6]。为三种离子液体的工业应用提供了物性数据。(3)在常压下,测定了苯+乙腈二元体系,含离子液体的三元体系(苯+乙腈+[OMIM][PF_6]/[OMIM][BF_4]/[DMIM][PF_6])的气液相平衡数据,结果发现三种离子液体的加入均能产生盐析现象,并增加气相中苯的摩尔分数,进而增大苯对乙腈的相对挥发度。并且随着加入离子液体的含量增大,现象尤为明显,最终打破体系共沸。使用NRTL和UNIQUAC两种活度系数模型对系统的等压汽液相平衡(VLE)数据进行了关联拟合,NRTL模型关联值与实验值具有最小偏差。使用NRTL模型预测打破体系共沸所需最小离子液体摩尔分数,结果为:[OMIM][PF_6]=0.061;[OMIM][BF_4]=0.112;[DMIM][PF_6]=0.12。[OMIM][PF_6]表现出优异的分离性能。


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