论文部分内容阅读
可再生基质发酵产生的发酵液中含有大量高热值的低碳醇(C2-C5醇)类化学品,这些化学品是一种前景看好的化石燃料能源的替代品,它们的开发利用是解决化石燃料使用所带来的能源危机的有效途径之一。然而,上述体系成分复杂导致的高分离成本限制了该类可再生能源的工业化应用。液液萃取是低碳醇-水体系分离的有效手段之一,测定该类体系的液液相行为并进行热力学模拟具有重要的意义。本文研究了发酵液中所含部分低碳醇与水构成的三元体系的液液平衡(LLE)并探究了温度对它们的影响。利用配有Porapak Q-S80/100型号填充柱的GC-14C气相色谱仪测定了不同温度下正丁醇-异戊醇-水、异丁醇-异戊醇-水、异丁醇-异丙醇-水、异丁醇-正戊醇-水四个三元体系的常压LLE连结线数据。采用著名的Othmer-Tobias、Bachman和Hand方程检验了实验数据的可靠性,三个方程的关联精度R2均大于0.94。绘制不同温度下的三元LLE相图,其中,异丁醇-异丙醇-水体系呈现出Treybal Ⅰ型相图,正丁醇-异戊醇-水、异丁醇-异戊醇-水和异丁醇-正戊醇-水体系呈现出Treybal Ⅱ型相图。温度对上述体系混溶区和非混溶区面积的影响规律:温度对正丁醇-异戊醇-水和异丁醇-异戊醇-水体系的混溶区和非混溶区的面积影响较大,而对异丁醇-异丙醇-水和异丁醇-正戊醇-水体系的影响较小。为得到用于模拟计算的可靠的二元交互作用参数,采用基于局部组成为概念的非随机双液体(NRTL)和普遍的准化学(UNIQUAC)活度系数模型,对等温下的LLE实验数据进行参数回归,得到所研究物系内相应组分之间的二元交互作用参数。将回归的预测值与实验值进行比较,所测定的每个物系的均方根偏差(RMSD)均小于0.01,预测值与实验值的吻合程度较高,表明两种模型都可以用来模拟研究体系的LLE。本文研究的低碳醇-水体系的三元LLE数据为低碳醇类生物质发酵液高效分离与有效利用奠定基础,得到的相应模型参数值可用于该类溶液的LLE计算及相关分离过程的设计。