正丁醇—氯苯体系汽液平衡及其萃取精馏分离的研究

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1、正丁醇-氯苯体系汽液平衡及其萃取精馏分离的研究TheVapor-LiquidEquilibriumandExtractiveDistillationSeparationoftheN-ButanolandChlorobenzeneSystem工程领域：化学工程作者姓名：陈长旭指导教师：许春建研究员企业导师：王志侃高级工程师天津大学化工学院2017年5月2独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过

2、的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日II摘要正丁醇常作为原料或者添加剂生产多种树脂以及涂料，而氯苯则常作为这些产品的溶剂使用，如

3、何从废液混合物中将溶剂回收再利用是我们需要关注的问题。但正丁醇-氯苯体系在常压下存在最低共沸现象，普通精馏难以对其进行有效地分离。若使用萃取精馏分离该体系，则需要萃取剂与两个组分的汽液平衡数据。本文研究的是常压条件下的汽液平衡。首先应用汽相冷凝循环法测定了正丁醇-氯苯、正丁醇-苯乙酮、氯苯-苯乙酮、正丁醇-二甲基亚砜、氯苯-二甲基亚砜五个二元体系在101.33kPa下的汽液平衡数据；然后采用赫林顿（Herington）面积检验法和范内斯（VanNess）点检验法对实验数据进行了热力学一致性检验，并分别使用Wilson、NRTL和UNIQUAC活度系数模型对实验数据进行

4、了关联计算；最后采用由二元体系数据关联得到的UNIQUAC模型参数来推算正丁醇-氯苯-苯乙酮、正丁醇-氯苯-二甲基亚砜两个三元体系的汽液平衡数据。结果表明，所有实验数据都通过了热力学一致性检验，三种模型的拟合结果都与实验数据吻合较好，苯乙酮和二甲基亚砜两种萃取剂皆可改变正丁醇与氯苯的相对挥发度，且苯乙酮的效果更佳。在此基础上，本文应用实验得到汽液平衡数据，以苯乙酮为萃取剂并采用两塔连续萃取精馏流程对正丁醇-氯苯体系进行模拟分离。首先应用化工过程模拟软件AspenPlus对整个流程进行了稳态设计；然后在保证产品的纯度和收率都达到99.9%的前提下，以总年度费用（TAC）

5、为目标函数进行了全局经济优化；最后应用AspenDynamics对经济优化后的流程进行了动态控制研究。模拟结果表明，苯乙酮作为萃取剂可以有效地分离正丁醇-氯苯最低共沸体系，该萃取精馏过程是经济且可控的，为工业上分离正丁醇-氯苯体系提供了参考。关键词：正丁醇/氯苯，苯乙酮，二甲基亚砜，等压汽液平衡，萃取精馏IIIABSTRACTN-butanolisoftenusedasrawmaterialoradditivetoproduceavarietyofresinsandcoatings,andchlorobenzeneisoftenusedassolventinthese

6、products.Itisworthytoconcernthathowtorecyclethesolventfromwasteliquidmixture.However,n-butanolandchlorobenzenecanformminimumazeotropeatatmosphericpressure,wecanhardlyseparatethembyconventionaldistillation.Ifextractivedistillationistobeusedtoseparatethebinarysystem,theVLEdataofextractive

7、entrainerwiththetwocomponentsareneeded.Inthispaper,isobaricvapor-liquidequilibriumatatmosphericpressurewasstudied.Firstly,VLEdataoffivebinarysystems(n-butanol+chlorobenzene,n-butanol+acetophenone,chlorobenzene+acetophenone,n-butanol+dimethylsulfoxide(DMSO),chlorobenzene+DMSO)we