苯-烯烴-N-甲基吡咯烷酮汽液平衡的研究

第21卷第6期高?；瘜W(xué)工程學(xué)攝No.6 Vol.212007年12月Joumal of Chemical Engineering of Chinese UniversitiesDec._ 2007文章編號: 1003-9015(2007)06-0914-05苯烯烴~N_甲基吡咯烷酮汽液平衡的研究李繼良，曾愛(ài)武， 袁希鋼，余國琮(天津大學(xué)化工學(xué)院化學(xué)工程聯(lián)合國家重點(diǎn)實(shí)驗室，天津 30072)摘要; N-甲基吡咯烷酮(NMP)作為優(yōu)良的萃取劑，廣泛地被用于芳烴的抽提中，但其與苯及CoC。烯烴之間的汽液平衡葛礎數據卻極為貧乏。采用CE-2型汽液平衡數據測定儀,測定了常壓下苯-1-己烯-NMP、苯-小.庾烯~NMP、苯小辛晞NMP三組三元汽液平衡數據;對三組三元體系，分別以實(shí)測數據用Wilson. NRTL和UNIQUAC模型進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，所得三元體系汽相組成計算值和實(shí)測值的平均偏差均較小(分別小于0.00839, 0026和0.00802). 研究結果補充了苯.烯烴N甲基吡咯烷酮的三元汽液平衡數據，為實(shí)際工程應用提供了基礎數據。關(guān)鍵詞: N-甲 基吡咯烷酮NMP);苯;烯烴:汽液平衡(VLE)中圖分類(lèi)號: 0642.42文獻標識碼: AStudy on Vapor-Liquid Equilibrium for.Benzene+Alkene+N-Methyl-2-Prolindone SystemsLI Ji-liang, ZENG Ai-wu, YUAN Xi-gang, YU Guo-cong(State Key Laboratory of Chemical Engineering, Collcge of Chemical Engineering,Tianjin University, Tianjin 300072)Abstract: As an excellent solvent, N-methyl-2-prolindone (NMP) is widely used for refining benzene byextractive disilation. Since the necessary basic VLE data of benzene- alkenes-NMP systerms are scarce, in thisstudy, the vapor-liquid equilibrium data were determined at normal pressure for the three ternary systems ofbenzene-1-hexene-NMP, benzene-l-heptene-NMP and benzene-1-octene-NMP by using the CE-2 vapor liquidequlibrium sill. The data obtained were correlated respectively with Wilson, NRTL and UNIQUAC models.Using those models, the average deviations of vapor compositions between the experimental and predicted forthose ternary systems are about 0.00839, 0.00926 and 0.00802, respectively. The results given complement thelack of the VLE data of benzene- alkenes-NMP systems and are significant for the refining the coking benzeneby extractive distillation with NMP as solvent.Key words: N-methyl-2-prolindone (NMP); benzene; alkene; vapor-liquid equilibrium (VLE)1前言眾所周知，苯是一種重要的有機化工原料，其主要來(lái)源之一是焦化粗苯。 焦化粗苯組成較為復雜，除含有苯、甲苯、二甲苯(簡(jiǎn)稱(chēng)三苯)等主要目的產(chǎn)物外，尚含多種雜質(zhì)(如各種烷烴與烯烴)。目前，焦化苯精制的方法主要有兩種1.21:硫酸洗滌精制工藝和加氫工藝。酸洗工藝較為成熟，但其致命的缺點(diǎn)是環(huán)境污染嚴重，且得不到高純度的產(chǎn)品:加氫工藝的缺點(diǎn)是工藝技術(shù)復雜，設備投資大，加工成本高。因此，開(kāi)發(fā)一種既可除去輕苯中的烷烴、婼烴類(lèi)雜質(zhì)，又可以保護環(huán)境且工藝流程簡(jiǎn)單的新工藝是+分必要的。萃取精餾由于其流程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)越來(lái)越得到人們的關(guān)注.其中N-甲基吡咯烷酮(簡(jiǎn)稱(chēng)NMP)作為萃取劑時(shí)的一一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是無(wú)毒無(wú)害，并能很容易地進(jìn)行生化處理，在環(huán)境污染日益嚴重的今天，其優(yōu)越收稿日期: 2005-09-13: 慘訂日期: 2006-02-10.基金項目國家科技攻關(guān)項目(2004BA3I5C).作者簡(jiǎn)介:李繼良(1979). 男. 遼寧丹東人，天津大學(xué)硬士生。通訊聯(lián)系人,曾愛(ài)武E-ml: wzeng@vu educn916高?；瘜W(xué)工程學(xué)搌2007年12月3實(shí)驗體系汽液平衡測定本實(shí)驗用上述汽液平衡裝置及分析方法，測定了常壓下的苯(1)-1-己烯(2)-NMP(3)、苯(1)-1-庚烯(2)-NMP(3)、苯(1)-1-辛烯(2)-NMP(3)三組三 元汽液平衡數據，測定實(shí)驗數據見(jiàn)表2~表4.裹3苯(1)-1-庚烯(2)-NMP(3)三元汽液平衡數據(101.3 kPa)表4苯()-1-辛烯()-NMP(3)三元汽液平衡數據(101.3 kPa)Table3 Experimental ternary VLE data of benzene(1)Table4 Experimental ternary VLE data of-1-beptene (2) -NMIP(3) system(101.3 kPa)benzene(1)-1-octene (2)-NMP(3) system(101.3 kPa)I/C1/C)82.91 0.56278 0.06114 0.91421 0.0786280.92 0.88652 0.06052 0.94502 0.0480983.05 0.85528 0.10407 0.92901 0.0504681.93 0.52057 0.08254 0.88413 0.0959584.09 0.780 0.09188 088271 0.1081283.66 0.41910 0.09710 0.84985 0.1415884.32 0.09282. 0.31493 0.17092 0.8157684.33 0.40544 0.04073 0.90659 0.0795685.18 0.77799 0.18362 0.86716 0.1131587.890.28995 0.18445 0.71734 0.2653885.270.77434 0.08763 0 890070.1069489.630.25808 0.26572 0.65734 0.3302887.190.769510.079350.941710.0395790.99.0.17) 0.78984 0.1814387.460.75724 0.10041 0.93659 0.0477991.870.65856 0.04217 0.939990.0539087.81 0.54620 0.30181 0.70249 0.2863292.770.53157 0.25275 0.73542 02277489.76 0.13965 0.15684 0.35165 0.6309494.71 0.48744 0.07674 0.81558 0.1350290.48 0.29694 0.43669 0.41571 0.572271296.520.40184 0.26815 0.67198 0.3163390.61 0.30425 0.10845 0.62972 0.3480696.820.30547 0.31421 0.55711 0.3822590.92 0.36830.07552 0.75608 0.2189997.720.34639 0.02843 0.86883 0.0857791.220.638030.24418 0.824590.158631498.170.26660 0.06487 0.75038 0.2141891.610.127620.39204 0.21003 0.7760198.480.28026 0.03218 0.82813 0.1194992.270.03668 0.15026 0.12553 0.8494598.620.132740.47068 0.43108 0.5456593.01 0.18450 0.09615 0.53547 0.4472299.280.11489 0.27726 0.42539 0.548896.38 0.28909 0.06265 0.86106 0.09886100.75 0.22127 0.03368 0.84078 0.131541596.52 0.21820 0.56594 0.17621 0.78649101.69 0.22555 0.02270 0.87282 0.094722(97.09 0.12362 0.08623 0.62788 03332101.98 0.11854 0.13748 0.49307 0.4612897.98 0.160180.31524 0.25134 0.71198102.35 0.20259 0.43985 0.43723 0.5319898.03.0.093320.12175 0.43046 0.53981_ 22103.63 0.17491 0.51730 0.38172 0.57085_4相平衡數據的關(guān)聯(lián)當溫度、壓力- -定，汽液兩相達到平衡時(shí)，兩相中各組分的分逸度相等，即由于體系處在常壓下，可采用下式計算:Py =y,xPp'苯烯烴_NMP為非理想體系，在液相中NMP對苯和烯烴的分子作用力不同，使得在NMP分子周?chē)霈F苯和烯烴分子的幾率不同，因此在某個(gè)分子周?chē)木植糠秶鷥?，其組成和總體組成會(huì )不同，故為了獲得全濃度范圍內的活度系數與組成的關(guān)系，本研究選用以局部摩爾分數概念為基礎的Wilson模型!10、NRTL模型!"和UNIQUAC模型2]進(jìn)行關(guān)聯(lián)，使用下列目標函數優(yōu)化:F= 2i(2ovwm)DXwmy"](N,-N)同崗由實(shí)驗數據關(guān)聯(lián)的三種模型參數見(jiàn)表5~表7,對NRTL模型ay 有序參數取0.3, UNIQUAC模型中苯和烯烴組分的體積參數r, 和面積參數qi 取自文獻[13], NMP的相應參數取自文獻[9].所得三元體系汽相組成實(shí)測值和計算值的平均偏差比較見(jiàn)表8。表5三元體系Wison模型相互作用參數Table 5 Interaction parameters of W ilson mode! for the ternary systemsSystemWilson model. ，w(1,3)w(3.1) .w(2,3)3.2)2)-NMP(3)-1660.07466.33-1072.88-733.04Benzene(1)-1-heptene (2) -NMP(3)-1103.98417.32-733.51-3255.68Benzene(1)-1-0ctene (2) -NMP(3)-1594.66791.33-101.68-264.07第21卷第6期李繼良等:苯.烯烴=N_甲 基吡咯烷酮汽液平衡的研究917 ，表6三元體系NRTL模型相互作用參數Table 6 Interactlon parameters of NRTL model for the ternary systemsNRTL modelSystcm_8(1,3)8(3.1)8(3.2)-1024.021935.99832.94Benzene(1) -.1-beptene (2) _NMP(3)-1162 80 .1360.492477.32673.78.Benzene(1)-1-0ctene (2) NMP(3)-1139.021689.991539. 83603.07表7三元體系UNIQUAC模型相互作用參數Table 7 Interaetion parameters of UNIQUAC model for the ternary systemsUNIQUAC modelSystem(1.3)(3.1)2(2,3)(3,2)500.65-1002.65-148.55177.99Benzene(1) -1l-beptene (2) -NMP(3)547.67-1014.23-697.0138.76Benzene(U)-1-octene (2) _NMP(3)424.99-747.97-659.8684.98表8三元體系汽相組成實(shí)測值與計算值平均偏差Table 8_ Average deviations between experimental and predicted vapor compositions for the ternary systemsModeldu咖Benzene(1)-Wilson0.130.005420.001511-hexene (2)-NRTL0.170.005940.008170.00225NMP(3)_UNIQUAC0.190.008020.005830.00231Wlson0.120.006640.004860.003551-beptene (2)-0.200.008750.005540.00393NMP3)__0.006430.004790.004070.110.002260.005980.0039I-octene (2)-0.16002680.006590.00926NMP(3)0.15.0.004960.007830.00731where: =2Ex.am-DYcap)VN,由表8可見(jiàn)，三元體系用實(shí)測數據分別關(guān)聯(lián)三種模型時(shí)，所得三元體系汽相組成計算值和實(shí)測值的平均偏差均較小，可以滿(mǎn)足工程設計的需要。具體來(lái)說(shuō)， 對于苯(1)-1-己烯(2) -NMP(3)體系與苯(1)-1辛烯(2) -NMP(3)體系，用Wilson方 程關(guān)聯(lián)結果較好于NRTL方程、UNIQUAC方程關(guān)聯(lián)結果，汽相組成的計算值和實(shí)測值的平均偏差小于0.00839，說(shuō)明Wilson方程關(guān)聯(lián)結果與實(shí)測結果吻合較好:對于苯(1)-1-庚烯(2)-NMP(3)體系用UNIQUAC方程關(guān)聯(lián)結果鉸好于Wilson方程、NRTL方程關(guān)聯(lián)結果，汽相組成的計算值和實(shí)測值的平均偏差小于0.00407，說(shuō)明UNIQUAC方程關(guān)聯(lián)結果與實(shí)測結果吻合較好。雖然選用Wilson,NRTL和UNIQUAC模型對三個(gè)三元體系的實(shí)測汽液平衡實(shí)驗數據進(jìn)行關(guān)聯(lián)，所得三元體系汽相組成計算值和實(shí)測值的平均偏差均較小，但從總體關(guān)聯(lián)結果來(lái)看，對于苯~烯烴-NMP體系用Wilson方程關(guān)聯(lián)結果要好于NRTL方程、UNIQUAC方程關(guān)聯(lián)結果。圖2-圖4分別是根據實(shí)驗數據關(guān)聯(lián)得到的常壓下苯烯烴-NMP體系的等溫變化曲線(xiàn)。P= 101.3 kPap= 101.3KPa，108C/sc94C103C78C88C94'CXXXXXXXXY0.1 0.2 0.3 0.4 0.50.60.7 0.8 0.90.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.90.10.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9Molefrac benzene圖2苯-1-己烯~NMP三元體系圍3苯-1.庚烯:NMP 三元體系圍4苯1.辛婚~NMP三元體系等溫曲線(xiàn)(101.3 kPa)Fig2 Isothemals forFig3 Isotbemnals forfig4 Isotbermals forbenzene-1-bexene-NMP(101.3 kPa)benene-1-heplene NMP(101.3 kPa)benzene-1-octene-NMP(101.3 kPa)高?；瘜W(xué)工程學(xué)報2007年12月5結論(1)用CE-2型氣液平衡測定儀，測定了常壓下苯-1-己烯NMP、苯-1.庚烯-NMP、苯1.辛烯NMP三組三元汽液平衡數據，補充了苯~烯烴-N-甲基吡咯烷酮的三元汽液平衡數據●(2)選用Wilson. NRTL和UNIQUAC模型對三個(gè)三元體系的實(shí)測汽液平衡實(shí)驗數據進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，所得三元體系汽相組成計算值和實(shí)測值的平均偏差均較小，可滿(mǎn)足NMP萃取精餾法焦化苯精制新工藝的設計需要。(3)通過(guò)對所得的計算值和實(shí)測值的平均偏差比較，對于苯(1)-1-己烯(2)-NMP(3)體系與苯(1)-1-辛烯(2) -NMP(3)體系，用Wilson方程關(guān)聯(lián)結果與實(shí)測結果吻合較好:對于苯(1)-1-庚烯(2)-MP(3)體系，用UNIQUAC方程關(guān)聯(lián)結果與實(shí)測結果吻合較好。但從總體關(guān)聯(lián)結果來(lái)看,對于苯烯烴_NMP體系用Wison方程關(guān)聯(lián)結果要好于NRTL方程、UNIQUAC方程關(guān)聯(lián)結果。符號說(shuō)明:- 偏差(1) -UNQUAC 模型組分間的相互作用參數，J.mol'-目標函敫w(J) - - Wilson模型組分間的相互作用參數，J.mol-'-濰分在汽相中的分逸度一液相摩爾分率j-組分在液相中的分逸度- -氣相摩爾分竄g(J)-NRTL 模型組分間的相互作用參數，J-molr'- .活度系數一組分敷下標一實(shí)驗點(diǎn)al.-計算值- 1組分飽和蒸汽壓，Paxp 一實(shí)測值-溫度，C-組分參考文獻:{1] RUAN Xiang-quan(阮湘泉), LIU Jin-q(劉家琪), GUO Chong:tao(郭崇濤) Separation of thiophene from benzene by extractivedilltio(萃取精餾法苯中噻吩的分離) [J]. Coal Chemical Industry(煤化工), 1989, 18(1): 48-53.2] ZHAO Wei-peng(趙維彭), ZHENG Ying-e(鄭英峨). Separation of thiophene fom benzene by extractive dsillation in coking byproduct plant(用萃取蒸餾分離焦化苯中的噻吩) [n. 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