用分子模拟的方法研究多组元系统的汽液相平衡

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1、用分子模拟的方法研究多组元系统的汽液相平衡ResearchonVapor-LiquidEquilibriumPropertiesofMulti-componentsSystemusingMolecularSimulation学科专业：化学工程研究生：吕程指导教师：曾爱武副研究员天津大学化工学院二零一四年六月万方数据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

2、构的学位或证书而使用过的材料。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：年月日万方数据摘

3、要苯和噻吩由于沸点相近，很难通过普通的精馏方式得到较纯的产品，工业上常采用萃取精馏的方法，通过加入高沸点的萃取剂改变了苯和噻吩的相对挥发度来实现提纯目的。相应的二元及三元的汽液平衡数据对化工生产及设计行业非常重要。通过分子模拟的方式获取热力学数据的方法相对于传统的实验及关联模型手段具有效率高、经济环保的优点。本文采用Gibbs系综蒙特卡洛方法（GEMC）和TraPPE-UA力场，模拟了苯-噻吩二元体系以及苯-噻吩-NMP三元体系在101.3KPa下的汽液平衡性质并对平衡液相进行了径向分布函数分析。此，考察了噻

4、吩的点电荷的加入对模拟结果的影响，模拟得到的结论如下：(1)二元及三元体系的模拟结果与实验数据吻合良好，说明TraPPE-UA力场模拟二元芳香体系，TraPPE-EH和OPLS-AA力场模拟三元体系汽液相平衡的可行性。此外，三元体系的模拟结果说明TraPPE-EH力场与OPLS-AA力场的兼容性，证明了在体系分子所包含的原子类别范围内，分子间的非键相互作用参数的算术平均与几何平均相差无几。(2)对二元体系和三元体系的平衡液相的径向分布函数研究发现，二元体系中苯分子之间、噻吩分子之间以及苯分子与噻吩分子之间的相

5、互作用类似，体系中分子没有趋于在某一相聚集的趋势，相对挥发度较低。且随着体系温度的升高有增大的趋势。加入萃取剂NMP之后，平衡液相中NMP与噻吩的相互作用强于NMP与苯的相互作用，苯分子更容易脱离束缚进入气相，表现为汽相中苯的浓度的升高，同一温度下相对挥发度增大。符合化工领域的常规认知。(3)模拟结果均并通过一组对比模拟考察了噻吩点电荷对平衡组成的影响。两组模拟结果相近，均与实验值吻合良好，说明噻吩分子的点电荷可以被忽略。(4)用TraPPE-UA力场预测苯-噻吩二元体系的相图较实验得到的相图窄，说明该力场对

6、苯分子和噻吩分子之间的相互作用预测偏低。关键词：GEMC苯噻吩NMP汽液平衡径向分布函数万方数据ABSTRACTTheboilingpointsofbenzeneandthiopheneareclose,whichisdifficultforseparationthroughconventionaldistillationmethod.Extractivedistillationisacommonwayinindustrytosolvethisproblem.Thedesiredseparationeffec

7、tscouldbeachievedbecauseoftheadditionofanextractantwithhighboilingpointwhichcanincreasetherelativevolatilityofthecomponents.Thevapor-liquidequilibrationdataforthecorrespondingbinaryandternarysystemisvitaltochemicalproductionanddesignwork.Comparedwithtraditi

8、onalmethodincludingexperimentsandempiricalmodel, molecularsimulationisacompetitivenewwaytoobtainthermodynamicdata efficientlyandeconomically.Inthiswork,simulationsforbenzene/thiophenebinary systemandbe