过程工程学报 ›› 2024, Vol. 24 ›› Issue (2): 238-247.DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223089
尹超跃, 杨帆, 张亲亲, 张志刚*
Chaoyue YIN, Fan YANG, Qinqin ZHANG, Zhigang ZHANG*
摘要: 以甲酸和乙醇为原料生产甲酸乙酯的过程中,未反应的乙醇与甲酸乙酯会形成共沸物,难以分离,本工作通过萃取精馏的方法,以离子液体作为萃取剂分离甲酸乙酯-乙醇共沸体系。通过COSMO-RS模型筛选离子液体,确定离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯([EMIM][DEP])和1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯([BMIM][DEP]),测定了甲酸乙酯+乙醇二元体系以及甲酸乙酯+乙醇+离子液体三元体系的气液相平衡(VLE)数据,并将实验数据与非随机双液体(NRTL)模型方程关联。最后,通过过量焓分析和σ-profile分析(表面电荷密度为σ的概率分布)探究了分离机理。结果表明,两种离子液体(ILs)摩尔分数越大,甲酸乙酯相对挥发度逐渐增强;在离子液体浓度为0.030时,甲酸乙酯对乙醇的相对挥发度大于1,同时可以看出[EMIM][DEP]的分离效果优于[BMIM][DEP]离子液体。通过过量焓分析得出离子液体与乙醇分子之间更易形成氢键与范德华力,其分子间相互作用强于离子液体与甲酸乙酯,从而促进甲酸乙酯与乙醇的分离;随着离子液体浓度的增加,分子间相互作用随之增强。最后,通过σ-profile分析得出离子液体更倾向于和乙醇相互作用,从而将甲酸乙酯分离出来,同时可以得出离子液体的阳离子碳链越短,分离效果越好。