萃取精馏分离甲酚同分异构体的研究

申报人：朱凯祺申报日期：2024-01-03

基本情况

所属批次:

2024年度大学生创新创业训练计划

项目名称:

萃取精馏分离甲酚同分异构体的研究学生选题

项目类型:

创新训练项目

所属一级学科:

工学

所属二级学科:

化工与制药类

项目来源名称:

教师科研项目选题

项目归属学院:

项目期限:

一年半期

项目简介:

选择一个合适的萃取精馏的萃取剂，并研究三元体系所涉及的汽液相平衡数据，据此开展精馏过程开发。以从甲酚混合体系中分离间、对甲酚为目标，在查阅文献的基础上，筛选出2-3种溶剂为萃取剂，通过Aspen Plus模拟分离效果；测定汽液相平衡数据，开展热力学一致性检验，并获得相关的模型参数；在此基础上，开展过程模拟及优化，获得合适分分离工艺条件。

负责人曾经参与科研的情况:

无

指导教师承担科研课题情况:

[1] 中国石油化工股份有限公司宁波新材料研究院有限公司，苯乙烯焦油中分离2-苯乙醇，2020.07-2021.12，140万元

[2] 上海氯碱化工股份有限公司，华胜区域EDC精馏装置优化及氯代烃中EDC的分离回收，2022.01-2022.12，68万元

[3] 开能健康科技集团股份有限公司，离子交换树脂应用技术开发，2020.07-2021.12，40万元

[4] 中国石油化工股份有限公司镇海炼化分公司，重质芳烃分离制备连苯二酐技术研究，2019.01-2020.12，56万元

[5] 上海市浦江人才计划(16PJD019)，基于段塞流技术的可控化结晶过程研究，2016.07-2018.06，主持，20万元

指导教师对本项目的支持情况:

本项目作为指导教师与企业合作的前期研究部分，对于项目的顺利开展，具有重要的意义，属于指导教师大力支持的项目。

本项目拟针对目前工业生产中亟待解决的间甲酚、对甲酚的分离，开展萃取精馏过程的研究。通过汽液相平衡研究，选择合适的萃取精馏溶剂，为间、对甲酚的分离工业化应用提供参考。

项目级别:

国家级

项目成员

序号	学生	所属学院	专业	年级	项目中的分工	成员类型
1	朱凯祺	化工学院	资源循环科学与工程	2022	主持项目，进行实验，撰写论文	第一主持人
2	施灵怡	化工学院	化学工程与工艺	2022	进行实验，撰写论文	成员
3	任一佳	化工学院	081700/化学工程与技术	2022	进行实验，撰写论文	成员
4	王鸿阳	化工学院	081700/化学工程与技术	2022	进行实验，撰写论文	成员

指导教师

序号	教师姓名	教师账号	所属学院	是否企业导师	教师类型
1	吴艳阳	07556	化工学院	否	第一指导教师

立项依据

研究目的:

选择一个合适的萃取精馏甲酚同分异构体体系的萃取剂，并研究三元体系所涉及的汽液相平衡数据，据此开展精馏过程开发。

研究内容:

选择一个合适的萃取精馏的萃取剂，并研究三元体系所涉及的汽液相平衡数据，据此开展精馏过程开发。目前文献中大部分着眼于从众多混合物中提取间甲酚或对甲酚单组份，在二者均存在的情况下，暂未见萃取精馏分离甲酚同分异构体的萃取剂的报道。以从甲酚混合体系中分离间、对甲酚为目标，在查阅文献的基础上，筛选出2-3种溶剂为萃取剂，通过Aspen Plus模拟分离效果；测定汽液相平衡数据，开展热力学一致性检验，并获得相关的模型参数；在此基础上，开展过程模拟及优化，获得合适分分离工艺条件。

国、内外研究现状和发展动态:

由于邻甲酚的挥发性和间、对甲酚相差较大，可以通过精馏法分离；但间甲酚和对甲酚沸点仅相差0.4℃，难以通过普通精馏分离。目前，用于分离间、对甲酚的方法主要有物理法和化学法，物理法包括吸附法和络合结晶法等，化学法包括类螯合物法、烷基化法和络合结晶法等。其中，吸附法中吸附材料如MOFs材料价格较为昂贵、循环使用效率还有待强化等问题，限制了其工业化应用；络合结晶法和化学法工艺流程长、涉及溶剂多，不符合现行绿色发展状况。精馏法无法实现甲酚同分异构体的分离，根据前期研究，萃取精馏可能实现间、对甲酚的分离，本团队拟采用开展萃取精馏研究。目前只能从混合物中提取间甲酚或对甲酚，在二者均存在的情况下，暂无高效萃取精馏分离甲酚同分异构体的萃取剂报道，因此寻找高效萃取剂为本课题难点。

创新点与项目特色:

1、获得与间甲酚和对甲酚相关的汽液相平衡数据；

2、开展萃取精馏过程模拟，为后续工业放大提供指导。

技术路线、拟解决的问题及预期成果:

以从甲酚混合体系中分离间、对甲酚为目标，在查阅文献的基础上，筛选出2-3种溶剂为萃取剂，通过Aspen Plus模拟分离效果；测定汽液相平衡数据，开展热力学一致性检验，并获得相关的模型参数；在此基础上，开展过程模拟及优化，获得合适分分离工艺条件。获得相关的汽液相平衡数据，合适的萃取精馏的萃取溶剂及过程参数，发表学术论文1篇；成果以竞赛的方式参加中国“互联网+”大学生创新创业大赛、挑战杯等竞赛。

项目研究进度安排:

（1）2023.9-2023.12：

完成甲酚体系分离相关的文献调研及开题报告；对比甲酚体系的国内外分离方法，整理如下内容：

① 了解国内外间、对甲酚分离研究的现状及发展趋势；

② 了解萃取精馏过程的原理及Aspen Plus模拟；

③ 了解已找到的萃取精馏分离甲酚同分异构体的萃取剂。

（2）2024.1-2024.2：

继续进行文献查阅、Aspen Plus模拟，综合搜集的各项资料，寻找适合于萃取精馏甲酚体系的萃取剂。

（3）2024.3-2024.8：

测定汽液相平衡数据，拟合实验数据并进行热力学一致性检验，确定合适的模型及参数，并准备中期检查。

（4）2024.9-2024.11：

开展萃取精馏过程模拟，优化过程参数。

（5）2024.12-2025.2：

补充实验数据，并整理小论文。

（6）2025.3：

以降低能耗为目标，进一步开展过程优化，确定合适的工艺条件。

（7）2025.4-2025.5：

撰写论文，并且提交刊物发表，参加结题答辩。

已有基础:

与本项目有关的研究积累和已取得的成绩:

团队学习了无机化学、分析化学、有机化学、物理化学等理论课程和相关实验课程，掌握了一定的实验技巧和理论基础、并深谙文献调研相关的方法；开展了精馏、吸收实验，具备优秀的实验动手能力并熟练掌握了Origin、Aspen Plus等相关的化工过程模拟软件。且团队从2023年9月起已与指导教师就该课题相关内容进行了多次探讨交流，团队成员已具备课题相关的基础知识、技能，对课题有了总体上的掌握。

已具备的条件，尚缺少的条件及解决方法:

已具备的条件：团队成员已掌握了Aspen Plus、Origin软件基础，并具备一定的实验操作能力。

尚缺少的条件：团队成员对课题实验的具体操作仍存疑。

解决方法：在课题组指导教师的指导下熟练掌握课题实验的操作步骤。

经费预算

开支科目	预算经费（元）	主要用途	阶段下达经费计划（元）
开支科目	预算经费（元）	主要用途	前半阶段	后半阶段
预算经费总额	20000.00	对甲酚、间甲酚各约1L，二甲基亚砜约2L等；取得的汽液相样品需要表征；实验过程的辅助设备、实验器皿等。	20000.00	0.00
1. 业务费	4000.00	取得的汽液相样品需要表征	4000.00	0.00
（1）计算、分析、测试费	4000.00	取得的汽液相样品需要表征	4000.00	0.00
（2）能源动力费	0.00	无	0.00	0.00
（3）会议、差旅费	0.00	无	0.00	0.00
（4）文献检索费	0.00	无	0.00	0.00
（5）论文出版费	0.00	无	0.00	0.00
2. 仪器设备购置费	6000.00	实验过程的辅助设备、实验器皿等	6000.00	0.00
3. 实验装置试制费	0.00	无	0.00	0.00
4. 材料费	10000.00	对甲酚、间甲酚各约1L，二甲基亚砜约2L等	10000.00	0.00

项目附件

大学生创新创业训练计划项目申报书-创新训练类-2024-2025.doc

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结束

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