盐效萃取分离部分互溶恒沸有机水溶液的研究

论文摘要

本文通过理论分析与实验研究相结合的方式研究了盐效萃取分离部分互溶的环己酮-水和正丁醇-水体系,其中包括盐析剂的选择、加盐液-液相平衡实验和盐效萃取分离工艺实验,并通过对液-液相平衡数据的关联计算建立了适用上述体系的盐效应模型。目前在工业上采用盐效萃取分离部分互溶的恒沸有机溶液体系具有重要的应用背景,相对于传统的共沸精馏或萃取精馏工艺,该方法能大幅度的降低能耗,符合低碳发展的趋势。所谓盐析效应是指将无机盐加入到互溶或部分互溶的恒沸有机物水溶液中时,由于无机盐与溶剂分子之间的相互作用,从而引起体系液-液相平衡的变化,即溶剂间分配系数的变化,从而实现混合体系的分离提纯。目前采用无机盐分离部分互溶的恒沸体系的相关研究报道较少,相平衡数据较为缺乏,给盐效萃取分离恒沸体系的研究和应用带来了许多的困难。本文主要研究了环己酮-水体系和正丁醇-水体系在加盐时的液-液相平衡,为其在工业中的应用提供了基础数据和理论依据,具有较高的理论价值和工业应用价值。具体完成了以下几个方面的工作:1盐效萃取工艺中盐析剂的选择:通过理论计算、文献查阅及实验研究相结合的方式分别确定了适用于环己酮-水体系和正丁醇-水体系的盐析剂,并通过实验验证比较了几种选盐理论模型的优缺点,得出了其各自的适用范围,为盐效萃取工艺中盐析剂的选择提供了理论依据。2环己酮-水-无机盐体系及正丁醇-水-无机盐体系液-液相平衡实验研究:系统的测定了环己酮-水-碳酸钾、环己酮-水-氟化钾、正丁醇-水-氟化钾、正丁醇-水-碳酸钾体系的液-液相平衡数据,为采用无机盐分离环己酮-水和正丁醇-水恒沸体系提供了基础数据。3环己酮-水-无机盐及正丁醇-水-无机盐体系液-液相平衡数学模型的研究:分别采用Pitzer理论和NRTL、Wilson或UNIQUAC方程计算了环己酮-水-碳酸钾、环己酮-水-氟化钾、正丁醇-水-氟化钾、正丁醇-水-碳酸钾体系的液-液相平衡数据,为采用无机盐分离环己酮-水和正丁醇-水恒沸体系提供了计算依据。4盐效萃取分离正丁醇-水体系工艺研究:根据液-液相平衡实验所得到的结果,采用碳酸钾水溶液萃取分离正丁醇-水体系,考察了碳酸钾水溶液的稳定性及溶液萃取比对萃取效果的影响,并确定了最佳萃取比。建立高浓度正丁醇废液资源化利用节能技术的工艺流程,为了对该流程与传统恒沸精馏流程的能耗情况进行比较,采用Aspen Plus流程模拟软件对新旧流程进行了模拟计算,结果发现盐效萃取工艺可大幅度的降低分离正丁醇-水体系的能耗。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 盐效应定义
• 1.2 盐效应机理
• 1.2.1 静电作用理论
• 1.2.2 范德华力理论
• 1.2.3 离子化水合作用理论
• 1.2.4 内压力理论
• 1.2.5 Pitzer 电解质理论
• 1.2.6 定标粒子理论
• 1.3 盐效应对相平衡的影响
• 1.3.1 纯溶剂盐析效应
• 1.3.2 液-液平衡中的盐效应
• 1.3.3 汽-液相平衡中的盐效应
• 1.4 盐效应液‐液相平衡模型
• 1.4.1 经验模型
• 1.4.2 经典电解质溶液理论模型
• 1.4.3 近代统计力学理论模型
• 1.4.4 分子模拟模型
• 1.5 技术创新点
• 2 盐效萃取中盐的选择
• 2.1 盐效原理
• 2.1.1 盐效应对纯溶剂的影响
• 2.1.2 盐效应对二元混合溶液的影响
• 2.2 溶解度对盐效应的影响
• 2.3 盐析剂的选择方法
• 2.3.1 盐效参数法
• 2.3.2 饱和蒸汽压参数法
• 2.3.3 迁移自由能理论模型
• 2.3.4 选盐理论模型的比较
• 2.4 盐的选择
• 2.4.1 加盐液液分相实验研究
• 2.4.2 结果与讨论
• 2.5 选盐时注意事项
• 2.6 小结
• 3 加盐液-液相平衡实验及关联
• 3.1 环己酮‐水与正丁醇‐水体系的性质
• 3.1.1 环己酮的性质
• 3.1.2 正丁醇的性质
• 3.2 加盐液‐液相平衡实验研究
• 3.2.1 主要仪器及试剂
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.3 实验方法可靠性检验
• 3.2.4 分析方法
• 3.2.5 结果讨论
• 3.3 温度对液‐液相平衡的影响
• 3.3.1 实验方法
• 3.3.2 结果与讨论
• 3.4 环己酮‐水‐盐与正丁醇‐水‐盐体系液‐液相平衡数学模型研究
• 3.4.1 模型的建立
• 3.4.2 结果与讨论
• 3.5 小结
• 4 盐效萃取分离正丁醇-水工业应用研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 仪器与试剂
• 4.1.2 实验方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 萃取比对脱水率的影响
• 4.2.2 盐溶液稳定性对脱水率的影响
• 4.3 流程的建立
• 4.4 流程模拟
• 4.5 小结
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录攻读硕士学位期间发表的学术论文