论文部分内容阅读
1目的肉桂酸类物质是工业常用的医药中间体,被广泛用于药物合成和开发设计中。为提高产品纯度,在生产过程中常采用结晶的分离工艺对其进行提纯。固体有机物的相平衡数据是深入探讨溶解和结晶过程的基础。然而目前关于肉桂酸类物质的此类数据非常缺乏。故本课题以肉桂酸及两种肉桂酸衍生物,对香豆酸和咖啡酸为研究对象,对其溶解度进行研究,为三种肉桂酸类物质的工业结晶制备提供模型依据和数据基础。另外,在肉桂酸类物质的工业生产结晶纯化过程中常会使用到不同浓度的乙醇-水溶液,为有效的回收结晶废液中的乙醇,减少废水中有机试剂的污染与排放。本实验进一步对不同配比的乙醇-水溶液进行精馏模拟探讨。2方法(1)本文以肉桂酸,对香豆酸,咖啡酸为研究对象,采用重量分析法测定三种肉桂酸类物质摩尔溶解度。(2)采用XRD(X射线扫描)法对三种肉桂酸类物质溶解前后分子结构进行表征;采用DSC(差示扫描量热法)法测得三种物质的熔点和熔化焓数据。(3)选择常用的热力学模型对所测得的三种物质在不同溶剂中的溶解度数据进行关联。(4)以100kg/h的乙醇溶液为进料量采用Aspen Plus化工流程模拟软件对其进行模拟分离,运用正交设计优选进料位置,回流比和精馏采出量等相关操作参数。3结果(1)测定肉桂酸在293.15K-328.15K温度范围内,在甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、乙酸乙酯、乙酸甲酯和水共9种纯溶剂及乙醇+水混合溶剂中的摩尔溶解度;测定对香豆酸在293.15K-333.15K温度范围内,在甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、丙酮、乙酸乙酯、乙酸甲酯和水共10种纯溶剂及乙醇+水混合溶剂中的摩尔溶解度;测定咖啡酸在293.15K-333.15K温度范围内,在甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、丙酮、乙酸乙酯和水共9种纯溶剂及乙醇+水混合溶剂中的摩尔溶解度。绘制三种肉桂酸类物质在纯溶剂中的溶解度曲线和在混合溶剂中的溶解度曲线及共溶效果图,分析及讨论了溶解度的变化规律。三种目标物质的溶解度大小均与温度高低成正相关,且在同一溶剂中,三种物质的溶解度大小顺序为肉桂酸>对香豆酸>咖啡酸。(2)对其溶解热力学过程进行分析计算,得到相关热力学参数溶解焓(AdHm)和溶解熵(AdSm)且均为正值,说明三种肉桂酸类物质在溶解过程是吸热且不可逆的熵增加过程。(3)本文用 Apelblat、Van’t Hoff、λh、NRTL、Uniquac、Wilson 六种热力学模型对肉桂酸,对香豆酸,咖啡酸在多种纯溶剂中的溶解度数据进行关联计算,其中肉桂酸的六种模型关联值和实际测量值的平均相对偏差分别为0.82%,1.42%,0.88%,1.26%,1.11%和0.80%,其中Van’t Hoff模型有最好的拟合效果;对香豆酸的六种模型关联值和实际测量值的平均相对偏差为 0.49%,0.60%,0.61%,1.33%,0.68%和 1.11%,其中 Apelblat模型拟合效果最好;咖啡酸的六种模型关联值和实际测量值的平均相对偏差为0.68%,0.73%,0.92%,1.33%,1.92%和 2.68%,Apelblat 模型拟合效果最好;分别用 Apelblat、Van’t Hoff、NRTL、Wilson、Uniquac、JA7、λh七种热力学模型对肉桂酸,对香豆酸,咖啡酸在九种不同配比下乙醇+水混合溶剂中的溶解度数据进行关联计算,其中肉桂酸的七种模型关联值和实际测量值的平均相对偏差分别为0.69%,0.81%,2.64%,2.76%,2.88%,1.56%和1.29%;对香豆酸的七种模型关联值和实际测量值的平均相对偏差分别为 0.26%,0.15%,2.46%,2.90%,2.80%,0.82%和 0.19%;咖啡酸的七种模型关联值和实际测量值的平均相对偏差分别为0.73%,0.73%,4.82%,2.01%,3.23%,0.77%和0.52%,其中Apelblat和Van’t Hoff模型均较好。(4)本实验采用Aspen Plus化工模拟软件对肉桂酸类物质在结晶过程产生的废液---不同浓度乙醇-水溶液进行模拟回收,得到精馏塔的最佳操作参数组合。4结论(1)本课题以肉桂酸、对香豆酸、咖啡酸为目标物系,测定三种物质在不同溶剂中的溶解度。三种肉桂酸类物质在不同溶剂中的溶解度变化趋势为:随着温度的升高,溶解度逐渐增大,在极性纯溶剂中的溶解度顺序为肉桂酸>对香豆酸>咖啡酸,在乙醇+水混合溶剂中,溶解度随着混合溶剂中醇含量的增大而增大。(2)三种物质在纯溶剂中的溶解度使用Apelblat,Van’t Hoff,λh,Wilson,NRTL和Uniquac六种模型进行了关联拟合,在混合溶剂中的溶解度用Apelblat、Van’t Hoff、NRTL、Wilson、Uniquac、Jouyban-Acree模型和λh七种模型进行了关联拟合,各模型关联拟合效果较好。(3)NRTL物性模型最能准确的描述乙醇-水体系精馏过程;通过正交设计优选出的最佳理论塔板数、进料位置、回流比和精馏采出量等相关操作参数。