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离子液体用于碳酸二甲酯-乙醇共沸物系的分离行为研究

王成昊  
【摘要】:碳酸二甲酯和乙醇均是极为重要的有机化工原料,在工业生产中有着广泛的应用。碳酸二甲酯和乙醇形成的共沸物是典型的二元共沸物系,常规方法无法将其分离。近年来,离子液体作为一种具有无可测蒸汽压、无毒、无腐蚀性、可循环利用等独特性质的绿色、环境友好型溶剂,正有取代传统有机溶剂作为萃取精馏所使用的新型萃取剂的趋势,因此本文选用离子液体作为分离碳酸二甲酯和乙醇共沸物系的萃取剂,研究离子液体对碳酸二甲酯-乙醇体系相平衡的影响。论文应用COSMO-therm X计算机软件,探究了不同离子液体对于分离共沸物系碳酸二甲酯-乙醇的作用效果。选取25种阴离子与27种阳离子组合而成的675种离子液体,预测不同离子液体的选择性,通过选择性分析选出选择性较高的离子液体,并综合合成方法经济成本以及性质对比等因素,筛选出1-丁基-3-甲基咪唑二丁基磷酸盐([BMIM][DBP])和1-辛基-3-甲基咪唑醋酸盐([OMIM][OAc])作为本实验使用的离子液体。通过文献查阅大量文献,合成了[BMIM][DBP]并对其进行表征,结果表明合成的[BMIM][DBP]可以满足本实验的要求;实验部分,分别在101.3k Pa测定了碳酸二甲酯-乙醇二元物系及含有离子液体的三元物系的气液相平衡数据,观察对比两种离子液体对应的不同的实验结果,结果表明,体系中加入两种离子液体,均产生了体系共沸点偏移甚至消失的情况,碳酸二甲酯对乙醇的相对挥发度明显提高,且当两种离子液体的摩尔分数达到0.1时体系的共沸被打破,分离效果[OMIM][OAc]的效果较好。采用NRTL模型对实验数据进行关联,结果表明NRTL模型拟合值与实验值吻合良好,NRTL模型可用于该物系的数据关联。使用Aspen plus软件,选取实验效果相对较好的离子液体[OMIM][OAc],用NRTL模型对实验数据关联求得的交互作用参数,对精馏过程进行模拟。结果表明萃取精馏塔溶剂比为0.29,全塔理论板数35块,回流比为0.5,离子液体和原料进料位置分别为第3块、第14块塔板时,塔顶产品碳酸二甲酯的质量分数能达到99.5%以上,满足分离要求。说明[OMIM][OAc]作为分离碳酸二甲酯-乙醇共沸物系的萃取剂具有工业前景。


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