加盐萃取精馏分离甲醇-丙酮共沸体系

甲醇和丙酮均是重要的化工原料, 在医药、化工、农药等行业应用非常广泛。同时, 为减轻环保压力, 降低生产成本, 如何回收废液中的甲醇和丙酮, 也成为企业的重中之重。然而, 甲醇和丙酮的沸点接近, 且形成最低共沸物, 无法用普通的精馏方法分离开来。对于共沸物的分离, 常用的方法有变压精馏、萃取精馏。

1 分离方法

1.1 变压精馏

分离共沸体系, 首先虑变压精馏, 因为变压精馏不需要引入第三组分, 更有利于获得高纯度产品。甲醇和丙酮都对压力较敏感, 常选用常压塔与加压塔联立的流程, 所得产品分别是常压塔底99.5%的甲醇, 加压塔底99.4%的丙酮。但该方法运行能耗较高, 且需要专门的高压设备, 投资较大。

1.2 萃取精馏

萃取精馏是在被分离的二元混合液中加入第三组分, 提高了原组分的相对挥发度, 从而达到分离的目的。所添加的第三组分称为萃取剂, 它不与其他组分形成恒沸物, 且沸点很高, 精馏时从塔底排出。

1.3 加盐萃取精馏:

加盐萃取精馏也是一种特殊的萃取精馏, 它以含盐溶剂作为萃取剂, 既利用盐效应提高了待分离组分的相对挥发度, 克服了传统萃取剂精馏萃取剂用量大, 效率低的缺点;又由于盐溶于萃取剂中, 可随着萃取剂的回收循环利用, 克服了盐效精馏中盐难回收, 不便输送的不足。

2 实验

2.1 萃取剂和盐的选择

通过查找文献和分析物质的极性, 实验室萃取剂分别选用了常用的水和二甲亚砜, 同时, 盐选取了醋酸钾、氯化钠和氯化钙等常见物质。

2.2 萃取剂的加入方式

2.2.1 一次性加入到塔釜内, 精馏, 塔顶得到95%左右的丙酮, 难得到纯品。

2.2.2 连续加入:从塔顶连续加入萃取剂, 待塔顶丙酮合格后, 采集成品, 得到丙酮纯度为99.87%。

2.3 盐的加入方式

2.3.1 将盐溶于萃取剂中, 从塔顶连续加入。

2.3.2 将盐加入塔釜, 与丙酮和甲醇混合, 萃取剂从塔顶连续加入。

2.4 实验流程

实验采用间歇精馏的方式, 在塔釜内加入一定比例的盐和甲醇丙酮混合物, (该混合物为车间生产母液, 丙酮含量约为80%) , 升温, 待塔顶有回流时, 按一定的流速加入萃取剂, 全回流, 塔顶丙酮合格后, 采出丙酮成品;当塔顶丙酮达不到工艺要求时, 停止精馏。

2.5 结果与讨论

2.5.1 萃取剂的选择和用量, 通过实验, 二甲亚砜的效果要略优于水, 但也相差不大, 综合考虑, 选用水做萃取剂。从实验数据看, 水的用量约为母液的1.5-2.0倍, 水的用量少, 得到的丙酮纯度和质量明显降低, 而当水的用量增大, 虽然丙酮收率有所增大, 但相比于能耗的增加, 可忽略, 因此将水的用量定为母液的1.5倍左右

2.5.2 盐的用量, 通过实验对比, 醋酸钾的盐析效果要优于氯化钠和氯化钙, 因此选用醋酸钾。从实验数据看, 随着盐的量加大, 精馏所用时间缩短, 丙酮质量提高, 从成本考虑, 盐用量不可能太大, 通过实验分别验证了不同比例的盐对回收率的影响, 当盐的用量大于5%后, 丙酮的回收率变化明显不大, 因此, 盐的用量定为5%.

2.5.3 回流比的选择, 通过实验对比, 精馏过程中的回流比在3:1, 较为合适, 若低于3:1, 采出的丙酮的纯度要略低, 收率也略低, 随着回流比的增加, 丙酮的质量和纯度都增加;但当回流比大于3:1后, 增加的速度缓慢, 因此, 回流比选择为3:1。

3 结语

3.1 本文采用加盐萃取精馏的方式, 成功的分离了甲醇-丙酮共沸体系, 考察了各参数对实验结果的影响, 得出以下结论:萃取剂选用水, 用量为母液的1.5倍左右, 盐选用醋酸钾, 用量为5%, 精馏回流比为3:1, 回收丙酮纯度为99.5%, 回收率为83%。

3.2 加盐萃取精馏, 在改变物系相对挥发度、减少萃取剂用量、提高塔板效率方面效果显著, 但是存在易结晶、回收难的问题。

摘要：主要介绍了共沸物系分离方法的研究进展, 加盐萃取精馏在经济成本方面更具有优势, 更适合于工业化生产。

关键词：共沸体系,变压精馏,加盐萃取精馏

参考文献

[1] 钟禄平, 刘家棋, 贾彦雷.萃取精馏分离甲醇和丙酮共沸物[J].化学工业与工程, 2005, 22 (3) :211-215.

[2] 姜斌, 吴菲甲醇-丙酮共沸物分离的研究进展[J].化工进展2010, 29 (3) :398-402.

[3] Bauer M H, Synthesis and optimization of distillation se-quences for the separation of azeotropic mixtures[J].Computers andChemical Engineering, 1995, 19:15-20.

[4] Iliuta Maria C, Salt effect of Li Cl on vapor-liquid equilibri-um of the acetonemethanol system[J].Fluid Phase Equilibria, 1998, 149:163-176.