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关键词： 生物醇   共沸精馏   萃取精馏   反应精馏   节能研究  

摘要： 生物丁醇作为一种可再生的生物质能源,因其具有良好的燃料性能而受到广泛的关注,生物丁醇可从发酵产物丁醇-异丙醇-乙醇-水的混合物中通过精馏分离得到。但是,由于生物醇在发酵产物中浓度较低,且物系中存在均相共沸物和非均相共沸物,简单精馏很难得到燃料级别的高纯度丁醇产品。为了获得摩尔分数为0.9999的生物丁醇产品作为替代生物燃料和获得摩尔分数为0.9993的异丙醇-乙醇(乙醇的摩尔分数为0.1292,异丙醇摩尔分数为0.8701)混合物产品作为汽油添加剂。本文设计了由“常规精馏-共沸精馏-萃取精馏”组成的常规精馏工艺流程和由“常规精馏-反应精馏”组成的反应精馏工艺流程。以全年总费用为目标函数对常规精馏工艺流程和反应精馏工艺流程进行优化,得到工艺流程的最佳操作参数。在优化后的常规精馏工艺流程基础上,分别设计了常规精馏工艺热集成-双效精馏、常规精馏工艺热集成-双塔变压精馏和常规精馏工艺热集成-热泵辅助精馏三种强化工艺流程。在优化后的反应精馏流程基础上,设计了反应精馏工艺热集成流程。最后,从年度总费用(TAC)、全年能量消耗(TEC)和气体排放量三个方面对提出的六种流程进行比较。结果表明,对于“常规精馏-共沸精馏-萃取精馏”组成的常规精馏工艺,相比于常规精馏工艺,常规精馏工艺热集成-双效精馏节省了11.87%的TAC、降低了22.24%的TEC以及减少了20.16%的气体排放量。相比于常规精馏工艺,常规精馏工艺热集成-双塔变压精馏,节省了17.59%的TAC、降低了23.05%的TEC以及减少了32.48%的气体排放量。相比于常规精馏工艺,常规精馏工艺热集成-热泵辅助精馏,节省了26.96%的TAC、降低了46.72%的TEC以及减少了29.19%的气体排放量。对于“常规精馏-反应精馏”组成的反应精馏工艺,相比于常规精馏工艺,反应精馏工艺节省了29.58%的TAC、降低了35.78%的TEC以及减少了36.79%的气体排放量。相比于反应精馏工艺,反应精馏工艺热集成节省了53.15%的TAC、降低了76.06%的TEC以及减少了76.06%的气体排放量。研究结果表明,反应精馏工艺在TAC、TEC以及气体排放量三个方面的表现更优异。

关键词： 镍钛合金   心血管支架   电化学抛光   抛光工艺   表面性能  

摘要： 在全球范围内,心血管疾病已经严重威胁人类的生命健康,具有高患病率、高致残率、高死亡率的特点,近年来居于疾病死亡的首位。目前,介入治疗成为治疗心血管疾病的主要手段,具有损伤小、安全性高、效果明显等优势。镍钛合金具有奇特的形状记忆效应和相变伪弹性,其机械性能、物理性能以及生物相容性优越,认为是理想的生物工程材料。镍钛合金心血管支架利用激光切割工艺成形,切割后的支架表面产生热损伤,同时形成残余拉应力、热影响区以及重铸层等缺陷,其成型精度低、表面完整性差。因此,需要对心血管支架进行表面改性,研究心血管支架的表面完整性提升机制,增强其耐腐蚀性,抑制镍钛合金中镍离子的析出,对于提高支架的生物相容性具有重要意义。心血管支架属于镂空状,其结构复杂,采用传统机械抛光的方法效果比较差。电化学抛光不受材料形状以及尺寸的限制,心血管支架抛光后其表面粗糙度得到明显的提升,划痕、夹灰以及裂纹等缺陷得到有效地去除,得到的心血管支架表面完整性比较好。根据试验要求自行搭建电化学抛光装置,主要包括直流稳压电源部分、阴极、抛光槽、抛光液循环系统以及控温系统,其操作简单、便于使用。通过自行设计的抛光装置对镍钛合金心血管支架进行电化学抛光工艺研究,抛光过程中采用浓度为1mol/L的乙二醇-氯化钠溶液作为基液,以3%过氧化氢、三乙醇胺、葡萄糖浓度分别为10ml/L、10ml/L、9g/L作为添加剂。通过正交试验以及单因素试验得到最佳工艺参数组合为:抛光电压17V、极间距离20mm、抛光时间10min、抛光温度为25℃,上述四个因素对抛光质量的影响程度依次减弱。在此工艺参数组合下抛光心血管支架,利用白光干涉仪测得最低表面粗糙度Ra值为63.5 nm。通过试验对比研究进一步揭示了电化学抛光工艺对镍钛合金心血管支架表面性能的影响规律。心血管支架在抛光后,其表面粗糙度得到了明显的降低,热影响区以及重铸层等缺陷基本去除,得到的心血管支架试样表面光亮、平滑、均匀,而且具有光泽。抛光后的表面生成了大约20nm厚的TiO2薄膜,致密的TiO2薄膜能够有效地抑制镍产物的析出。通过电化学腐蚀试验可得出:抛光后的心血管支架自腐蚀电位（Esce=-0.093V）更正,腐蚀电流密度(Jcorr=2.444×10-6A/cm2)更小,极化电阻更大,增强了其耐腐蚀性。通过亲疏水性试验可得出:抛光后的心血管支架显示为亲水性,有利于吸附白蛋白,增强了心血管支架的血液相容性,有效地改善了其生物相容性。

关键词： 气液平衡   共沸物   萃取精馏   活度系数模型   模拟优化  

摘要： 甲醇和甲酸乙酯是重要的基础化工原料,常压下两种物质可形成共沸物,若要将其完全分离并得到高纯产品,应采用特殊精馏。本文针对甲醇-甲酸乙酯共沸物系,选择三种有效的萃取剂对其进行萃取精馏研究,包括离子液体[MMIM][DMP],[EMIM][OAC]和有机溶剂DMSO。(1)利用气液平衡釜测定常压下(101.3 kPa)甲醇-甲酸乙酯二元物系的气液平衡数据(VLE)并验证热力学一致性;以及甲醇-甲酸乙酯-[MMIM][DMP]、甲醇-甲酸乙酯-[EMIM][OAC]、甲醇-甲酸乙酯-DMSO三个三元物系的VLE数据。(2)分析了三种萃取剂的种类、浓度对甲醇-甲酸乙酯气液相平衡的影响。实验结果表明,三种萃取剂均可以有效破坏甲醇-甲酸乙酯的共沸状态,提高体系的相对挥发度;萃取剂用量越大,相对挥发度增加的幅度越大,对相平衡的影响也更大;三种萃取剂的分离效果为[EMIM][OAC]>[MMIM][DMP]>DMSO。(3)采用Wilson、NRTL、UNIQUAC三种活度系数模型对甲醇-甲酸乙酯、甲醇-甲酸乙酯-萃取剂的VLE数据进行拟合,得到二元交互参数并探究模型的适用性。发现三种模型的关联效果均较好,其相对偏差均小于5%,具有较好的适用性,其中NRTL模型的偏差最小。(4)采用Aspen Plus软件进行流程模拟并以NRTL为基础方程,使用[EMIM][OAC]和DMSO两种萃取剂。验证了离子液体[EMIM][OAC]和有机溶剂DMSO萃取精馏分离甲醇-甲酸乙酯方案的可行性,并以TAC为目标函数进行流程优化。对比模拟结果得到,以[EMIM][OAC]为萃取剂的工艺中萃取剂用量少,TAC小,能耗低。综上,本文针对甲醇-甲酸乙酯共沸物系,使用了三种萃取剂进行萃取精馏,测量了体系的VLE数据;并利用不同的活度系数模型进行数据拟合,得到物质之间的二元交互参数和模型的适用性;完成了萃取精馏工艺流程的模拟与优化,验证了实验方案的可行性与准确性。

关键词： 乙酸乙酯   甲醇   萃取精馏   COSMO-RS   Aspen Plus   NRTL模型  

摘要： 乙酸乙酯和甲醇都是极为重要的有机化学原料,已广泛用于工业生产中。乙酸乙酯和甲醇在常压下以共沸物的形式存在,普通的精馏方法不能将其分离。最近,作为一种绿色溶剂的离子液体,具有饱和蒸气压可忽略不计、可回收利用,可设计性强等特殊性质,现已作为新型的绿色萃取剂受到了广泛的研究。基于此,本文选择离子液体作为萃取剂,对乙酸乙酯和甲醇的共沸体系进行分离,研究离子液体对乙酸乙酯-甲醇体系相平衡的影响。本文研究内容包括:1)使用COSMOtherm X筛选了420种由21种常见阴离子和20种阳离子组成的离子液体,并计算不同离子液体的选择性,通过选择性分析选出选择性较高的离子液体,考虑到其溶解性、价格和是否可购买到等相关因素,最终选择三丁基甲基醋酸铵([N][Ac])、三丁基甲基丙酸铵([N][Pr])和1-癸基-3-甲基咪唑醋酸盐([DMIM][Ac])用于分离乙酸乙酯-甲醇的共沸物。2)在101.3k Pa条件下,测量了乙酸乙酯+甲醇二元体系和含离子液体的三元体系(乙酸乙酯+甲醇+[N][Ac]/[N][Pr]/[DMIM][Ac])的气液相平衡数据。结果表明,三种离子液体的添加可以增加乙酸乙酯相对于甲醇的相对挥发性,并在破坏体系的共沸性中起作用,且离子液体浓度越大,对共沸的破坏作用越好;利用NRTL活度系数模型对实验数据进行回归拟合,拟合值与实验值之间的偏差较小,说明该NRTL模型适用于含离子液体的乙酸乙酯-甲醇三元体系;使用NRTL模型预测三种离子液体[N][Ac]、[N][Pr]和[DMIM][Ac]打破体系共沸所需的最小摩尔分数分别为0.045、0.047、0.077。因此,[N][Ac]是分离乙酸乙酯-甲醇共沸物系较优的萃取剂。3)使用Aspen Plus流程模拟软件,对乙酸乙酯-甲醇-[N][Ac]体系进行双塔连续萃取精馏工艺模拟,并用灵敏度分析工具,在产品质量分数高于99.9%的前提下,研究精馏塔理论板数、原料进料位置、萃取剂用量以及回流比等工艺参数变化对乙酸乙酯-甲醇体系的分离效果与设备能耗的影响。为今后的实际生产操作提供参考依据。

关键词： 有机化学   教学案例   柴油抗磨剂   D-A反应  

摘要： 本文为《有机化学》课程的教学提供了一个教学案例,为了提高教学主体学习《有机化学》的积极性,引入了一个与课程基本内容、专业课程和前沿科学密切相关的教学案例,该案例用有机化学中的三个基本反应:羧酸衍生物的酯交换、羧酸衍生物醇解以及Diels-Alder(D-A)反应合成柴油抗磨剂分子,并用红外(IR)和核磁共振(NMR)进行了简单的表征,最后针对于不同专业的学生对教学案例进行了延伸,增强了课程的吸引力,有助于吸引学生学习的兴趣,提升学生学习的积极性。

关键词： 电化学抛光   离子束抛光   表面粗糙度   TC4钛合金  

摘要： 电化学抛光具有效率高、成本低、抛光效果好的特点,是钛合金的常用表面抛光方法,广泛应用在生物医用钛合金的表面处理。本文采用电化学抛光的方法对TC4钛合金圆柱零件侧表面进行抛光,并针对电化学抛光存在的问题,采用离子束抛光对零件表面进一步处理,研究了针对TC4钛合金圆柱零件的复合抛光工艺。本文采用自行搭建的电化学抛光装置,对TC4钛合金圆柱零件电化学抛光工艺进行研究。针对电流密度、溶液配比以及抛光时间三种影响因素设计单因素实验,研究三种工艺参数对抛光效果的影响,选择出合适的工艺参数范围,在此基础上设计正交实验,分析三种因素对抛光效果的影响程度,并优选出最佳的工艺参数为阳极电流1.0A,电解液中高氯酸甲醇体积比为1:7,抛光时间为4min。通过分析表面粗糙度的主要成分,采用砂纸打磨的机械抛光方法作为电化学抛光的预处理来提高抛光效果,使表面粗糙度达到项目要求。通过对电化学特性曲线的测量,分析了不同阳极电位和电流密度条件下阳极表面发生的电化学过程,阐明了大电流密度条件下实现有效抛光的原因;之后对不同电流密度条件下抛光后表面成分进行分析,进一步验证了不同条件下所发生的电化学反应;通过分析抛光过程中电压随时间的变化规律,进一步明确了抛光过程中发生的电化学过程。电化学抛光后残留的电解液会对光洁的基体产生腐蚀作用,在部分区域形成氧化膜。针对这一问题,采用离子束抛光的方式对零件表面进一步处理,研究复合抛光工艺。研究表明,不同参数条件下,离子束抛光对表面粗糙度及表面形貌影响不大,且能有效去除表面由于残留电解液腐蚀产生的氧化膜,抛光后得到光洁的TC4钛合金表面。

关键词： 二乙氧基甲烷   固体酸催化剂   固定床管式反应器   萃取精馏  

摘要： 二乙氧基甲烷（DEM）作为一种重要的化学工业原料,被广泛的用作反应溶剂和化学反应试剂。为改变传统的均相质子酸以间歇反应方式进行醇醛缩合制备DEM,本文以非均相固体酸催化剂代替传统质子酸,以连续化反应方式代替间歇反应方式,有效避免了碱中和、催化剂脱除步骤,且催化剂可以连续使用。针对含水反应体系特点,从疏水性和耐水性角度出发,分别制备了聚苯乙烯基磺酸树脂和铌钨复合双金属氧化物,应用于醇醛缩合反应。采用浓硫酸作为磺化剂,对聚苯乙烯基体直接进行磺化反应,引入磺酸基,经测定磺化度达60.8%,磺酸基含量达3.9856 mmol/g,采用IR、TG-DTG、SEM、BET、NH3-TPD等表征手段对聚苯乙烯基体磺化前后的官能团、热稳定性、表面形态、孔径结构、酸强度进行表征;结果表明聚苯乙烯基体具有疏水性,而磺酸基具有亲水性,能够让反应物分子吸附在表面发生缩合,而不受反应体系中水分的干扰,具有良好的催化活性。采用单因素考察和正交实验设计方法针对反应条件进行优化,得到的最佳反应条件为:反应温度75℃、质量空速2.14 h-1、醇醛摩尔比5:1、反应压力为常压,在此操作参数下甲醛转化率达90.9%,二乙氧基甲烷选择性达71.2%。通过共混合法制备出不同钨铌摩尔比的钨铌复合双金属氧化物,将其应用于醇醛缩合反应中,催化效果最佳的制备参数为:W/Nb摩尔比为4:1,煅烧温度为400℃,此时钨铌间的电子相互作用最强;采用XRD、TG-DTG、SEM、XPS、Py-IR、NH3-TPD等表征手段对复合后双金属氧化物的晶型、热稳定性、表面形态、表面元素价态、酸位类型及酸强度进行表征,结果表明复合后的双金属氧化物包含大量中强酸酸性位点,酸类型以L酸为主B酸为辅,二者协同催化;且表面元素的价态发生变化,表明二者并非简单混合而是钨铌电子间发生强相互作用。采用单因素考察结合正交实验设计方法针对反应条件进行优化,得到的最佳反应条件为:反应温度75℃、质量空速0.89 h-1、醇醛摩尔比5:1、反应压力为常压,在此操作参数下甲醛转化率达91.9%,二乙氧基甲烷选择性达89.9%。经过上述催化剂探讨,以钨铌复合双金属氧化物为催化剂,对醇醛缩合后的产物混合液进行分离研究,以获得高纯度的二乙氧基甲烷并回收过量的乙醇。设计了一步精馏浓缩混合液,两步萃取精馏脱水脱醇的分离工艺流程,通过Aspen Plus模拟软件对分离工艺流程进行模拟,并结合正交实验设计对每个过程进行模拟优化,得到最佳操作参数。在最优操作条件下,二乙氧基甲烷的含量达到99.9%,为进一步的实验验证操作提供了理论基础。

关键词： 新己烷   环戊烷   萃取精馏   汽液相平衡   Aspen模拟  

摘要： 环戊烷是一种常见的化工原料和有机溶剂且高纯度的环戊烷售价昂贵,而新己烷易与环戊烷形成共沸物,普通精馏无法将其分离,因此采用萃取精馏进行分离。本文的主要目的是选择合适的萃取剂对萃取精馏分离新己烷和环戊烷的过程进行模拟优化,并测定二元和三元的气液平衡数据,为高效提纯环戊烷提供数据支持。根据萃取剂的筛选原则,发现N-甲基吡咯烷酮(NMP)和N,N-二甲基二酰胺(DMF)适合作为体系的萃取剂。首先,采用改进的Rose平衡釜测定了101.3 k Pa下新己烷-环戊烷-DMF和新己烷-环戊烷-NMP两组三元体系及其对应的二元体系的汽液平衡数据,采用Wisniak法和Van Ness点检验法对二元数据进行检验,结果表明二元数据符合热力学一致性。然后,使用Aspen软件中的Wilson、NRTL和UNIQUAC三种热力学模型对二元数据进行拟合,根据得到的二元交互作用参数对三元数据进行预测并与实验数据进行对比,结果表明三个模型的预测结果与实验数据基本相符。通过分析NMP和DMF对被分离体系汽液相平衡行为的影响和实验数据,表明DMF和NMP均可以作为体系的萃取剂。最后,根据得到的二元交互作用参数,通过Aspen软件模拟DMF萃取精馏分离新己烷-环戊烷的整个工艺流程,确定了萃取精馏塔和溶剂回收塔的工艺参数。在此操作条件下,环戊烷产品的纯度能达到99.53wt%,萃取剂的回收率能达到99.97 wt%。

关键词： 有机化学   固有思维   跃迁   突破   研究  

摘要： 学生从无机化学到有机化学的学习思维转变有个适应的过程,一些学生很快可以融入不同的知识体系之中,而部分学生的学习思维的转变比较困难。本文主要研究了学生学习有机化学的固有思维的主要表现,着重探讨了突破有机化学学习的固有思维实现学习质量提升的策略。

关键词： 有机化学   有机化学  

摘要： 《有机化学》是由中国科学院主管,中国化学会主办,中国科学院上海有机化学研究所承办的学术刊物,月刊,是中国自然科学核心期刊之一。集中反映有机化学领域里各分支学科最新的研究成果、研究动态以及发展趋势,刊登有机化学类中、英文稿件。所载文章被美国《科学引文索引》(SCI)网络版、美国《化学文摘》(CA)、《俄罗斯文摘杂志》、