高效離心萃取機液液萃取相平衡的研究

????液液相平衡描述的是萃取達到平衡時被萃取物質在兩相中的分配關系。它決定萃取過程的方向，推動力的大小和傳遞過程的極限，是煤氣化廢水萃取脫酚工藝流程設計的基礎。在選定MTBE作為萃取劑，確定了體系pH值和萃取溫度這兩個工藝參數后，需要確定滿足萃取脫酚要求所需的萃取相比和萃取級數。煤氣化廢水的萃取方式主要有錯流萃取和逆流兩種操作方式。錯流萃取常用于實驗研究。然而實際工業中往往采用多級逆流萃取的方式處理含酚廢水。由于實驗室無法展開對逆流萃取進行研究，要得到逆流萃取的萃取相比和萃取級數，往往通過模擬計算得到。萃取相比和級數，是由煤氣化廢水中的酚類物質和萃取劑的相平衡關系確定的。因此，在進行煤氣化廢水萃取模擬計算之前，需要對煤氣化廢水和萃取劑的相平衡關系進行研究。（高效離心萃取機液液萃取相平衡的研究?）

本文將測定酚類物質在水相和萃取相達到平衡后的液液相平衡數據。其中，為簡化液液相平衡體系，本工作將以苯酚代表揮發酚，對苯二酚代表多元酚。因此，本工作研究的液液相平衡體系實際上是MTBE一水一苯酚/對苯二酚體系。在接下來的工作中，本實驗分別測定了MTBE一水一苯酚和MTBE一水一對苯二酚這兩個三元物系和MTBE一水一苯酚-對苯二酚四元物系在低酚濃度范圍內的液液相平衡數據，并用選定的活度系數模型NRTL和UNIQUAC進行關聯，得到該模型的二元交互參數，以便于下一步的萃取脫酚工藝流程模擬計算。（高效離心萃取機液液萃取相平衡的研究?）

1液液相平衡數據關聯的原理

????由流體相平衡可知，兩個部分互溶的液相在達到相平衡后，滿足如下關系式:

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式中，i表示組分，上標I和II表示兩個不同的液相，對和彩是兩液相平衡共存時的組成，Y1i和Y2i分別是兩液相中對應的活度系數。

當有液液兩相組成的實驗數據時，即X1i和X2i為已知，此時可用式(3-1)一(3-3)計算出Y1i和Y2i，再由選用的活度系數模型擬合出模型參數。這就是從相平衡數據求取活度系數模型參數的途徑。能用于液液平衡計算的活度系數模型主要有馬居爾方程、范拉爾方程、Flory-Huggins方程(常用于聚合物體系)、NRTL方程和UNIQUAC方程。其中，馬居爾方程、范拉爾方程只能用于二元系統的液液相平衡計算，其特點是可用解析法求解兩相平衡組成，計算比較簡單。而用NRTL和UNIQUAC等局部組成型方程時，既能用于二元系統，也能用于多元系統，并且可以很方便地從二元直接推向多元系統。因為本工作涉及三元和四元系統數據的回歸，所以選定NRTL和UNIQUAC方程作為回歸的活度數據模型。

2相平衡數據的回歸與預測

????測得液液相平衡數據之后，重要的一步就是數據的處理。本工作采用流程模擬軟件Aspen Plus中的Data Regression模塊對測得的液液相平衡數據進行回歸，通過最小化下列目標函數(OF)，得到NRTL和UNIQUAC模型的二元交互參數。

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式中m代表組分，n是結線的數量，Wexp和T exp分別是實驗質量濃度和實驗溫度，而Wcal和T cal分別是計算得到的質量分數和溫度。下標i, j和k分別代表組分，相和結線。σT和σW分別是溫度和質量濃度的標準偏差。

????回歸時，NRTL中的可調特性參數(aij)固定在0.2或0.3，而UNIQUAC模型的結構參數(r和q)護由文獻得到，結果見表3-1.

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????根據回歸得到的二元交互參數，結合相對應的活度系數模型，可對物系的液液相平衡數據進行預測。模型預測的精確性用計算數據與實驗數據的均方根偏差來判斷，其定義如下:

????綜上，本工作在40℃常壓下測定了四元物系MTBE+苯酚+對苯二酚+水液液相平衡數據。并在直角坐標系中畫出了苯酚和對苯二酚在水相和有機相中的分配情況。結果表明，對苯二酚在(苯酚+對苯二酚)混合物中含量的變化對苯酚和對苯二酚在兩相中的分配有一定的影響。隨后用Hand和Bachman方程對四元物系數據的可靠性進行了驗證。

????以從三元子物系取值十個交互參數值而回歸剩下苯酚一對苯二酚對的交互參數的方式，四元物系的數據可以進行很好的關聯。而當兩個模型的十二個交互參數全部來自四元物系相平衡數據的回歸時，計算值和實驗值之間的均方根偏差值更小，說明實驗數據和計算值能夠更好的吻合。（高效離心萃取機液液萃取相平衡的研究?）

????為了給煤氣化廢水萃取脫酚流程模擬和計算提供基礎數據，本章展開了以MTBE為萃取劑萃取煤氣化含酚廢水體系的液液相平衡數據的測定。由于廢水水質復雜，不僅含有單元酚，又含有多元酚，且種類繁多，在實際測定時，以苯酚代表單元酚，對苯二酚代表多元酚，以此建立MTBE萃取煤氣化廢水酚類物質的簡化液液相平衡體系。本章分別測定了MTBE+苯酚+水和MTBE+對苯二酚+水這兩個三元物系的液液相平衡數據。并用Hand和Bachman方程對實驗結線數據進行了可靠性分析。隨后采用NRTL和UNIQUAC活度系數模型對相平衡數據進行了關聯。結果表明，NRTL和UNIQUAC模型都能很好對液液相平衡數據進行關聯。由兩個模型得到的計算值和實驗值的均方根偏差分別在0.18%和1.1%以內。（高效離心萃取機液液萃取相平衡的研究?）

????在測完MTBE+苯酚+水和MTBE+對苯二酚+水這兩個子三元物系的相平衡數據后，本章在此基礎上測定了MTBE+苯酚+對苯二酚+水四元物系在常壓40 0C下的液液相平衡數據。在苯酚和對苯二酚的分配曲線中，發現對苯二酚在(苯酚+對苯二酚)混合物中含量的變化對苯酚和對苯二酚在兩相中的分配有一定的影響。利用子三元物系的二元交互參數來回歸得到剩余苯酚一對苯二酚對的交互參數的方式，四元物系的數據可以進行很好的關聯，NRTL和UNIQUAC模型的RMSD值分別在0.22%和0.26%左右。而當四元物系的十二個交互參數全部來自四元物系相平衡數據的回歸時，RMSD值均有所下降，說明以該種方式關聯四元物系的相平衡數據時，模型預測的精確度提高。（高效離心萃取機液液萃取相平衡的研究?）

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