n-甲酰吗啉萃取精馏体系汽液相平衡模拟

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1、N-甲酰吗啉萃取精馏体系汽液相平衡模拟Vapor-liquidphaseequilibriumsimulationforN-formylmorpholineextractivedistillationsystem学科专业：化学工程研究生：石家美指导教师：张敏华教授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构的

2、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

3、数据摘要在芳烃萃取精馏工艺的设计和优化过程中，萃取剂与芳烃、非芳烃间的汽液相平衡数据是分离芳烃得到高纯产品的重要基础数据。传统上，相平衡数据是通过实验手段获得。N-甲酰吗啉是萃取精馏常用的萃取剂，但其沸点与C6-C8的芳烃和非芳烃沸点相差较大，难以采用常规方法来测定其汽液相平衡数据。目前，分子模拟方法已发展成为获取热力学数据的一条重要途径。吉布斯系综蒙特卡罗法因无需计算化学势，不考虑相边界，常用作计算流体相平衡的一种方法。力场是吉布斯综蒙特卡罗法的关键因素。力场形式及力场参数直接决定了模拟结果的准确

4、性。N-甲酰吗啉作为一种环状分子，相比于链状分子，其力场参数的复杂性加剧了其获得难度，使得环状流体的汽液相平衡模拟研究目前还处于起步阶段。本文以TraPPE-UA力场为基础，基于N-甲酰吗啉力场参数缺失问题，采用量子化学方法计算了其二面角参数、电荷参数，并结合从文献中迁移的部分力场参数，构建了适用于N-甲酰吗啉的专用力场。采用构建的力场对N-甲酰吗啉/正己烷二元体系的汽液相平衡进行了计算，模拟结果证实了构建的N-甲酰吗啉力场及模拟方法对N-甲酰吗啉/正己烷体系的可适用性。通过对N-甲酰吗啉的电子特性

5、进行分析，获得了对N-甲酰吗啉范德华作用力中贡献较大的基团，并采用探测粒子法对其非键相互作用进行了计算，从而优化其范德华参数。采用量化计算的分子内参数和修正后的范德华参数，计算了N-甲酰吗啉/正己烷体系在T=393.15K，P=227.23~389.52kPa下的汽液相平衡组成，并与实验数据进行了比较，模拟误差在1.51%~9.89%之间。模拟结果表明针对N-甲酰吗啉建立的专用的力场可以较好地描述N-甲酰吗啉体系的热力学特性。本文采用构建的N-甲酰吗啉力场，对常压下的N-甲酰吗啉/正己烷、N-甲酰吗

6、啉/苯及N-甲酰吗啉/2,4-二甲基戊烷二元体系的汽液相平衡数据进行了预测，以期为芳烃萃取精馏工艺设计提供基础数据。关键词：N-甲酰吗啉吉布斯系综蒙特卡罗法汽液相平衡力场万方数据ABSTRACTToobtainhighpurityaromaticproducts,thevapor-liquidequilibriumdataofextractionagentwitharomaticornon-aromaticcompoundsareimportantbasicinformationinthedesig

7、nandoptimizationprocessofaromaticextractivedistillation.Inordertogetvapor-liquidequilibriumdata,experimentisaconventionalmethod.N-Formylmorpholineiscommonlyusedasadistillationagentintheextractivedistillation,itsboilingpointislargelydifferentfromC6~C8ar

8、omaticandnon-aromaticcompound,soitisdifficulttomeasurethevapor-liquidequilibriumdatausingexperimentmethod.Molecularsimulationisamodernapproachforpredictingthevapor-liquidphaseequilibriumofpurefluidsandmixtures.AndGibbsEnsembleMonteCarlo