离子液体作为萃取剂分离苯、环己烷和环己烯的应用前景

摘 要：本文介绍了离子液体的特性，并通过国外某文献中气液相平衡数据，分析了离子液体作为萃取剂分离苯、环己烷和环己烯的可行性，并得出了采用离子液体作为萃取剂分离苯、环己烷和环己烯的优缺点。

关键词：离子液体 萃取剂 苯 环己烷 环己烯 分离

一、概述

在苯部分加氢制环己烯生产单元中，为了得到纯的环己烯，需要进行苯、环己烷、环己烯的分离，由于三者的沸点极其相近，故直接进行精馏分离难度非常大。

工业上一般采用萃取精馏的方法，加入一种萃取剂，来破坏三者的气液平衡体系，增大相对挥发度，使其达到分离要求。但常规有机溶剂也存在一定的弊端，主要有：

1.有机溶剂对环己烷和环己烯的选择性差别不大，当满足分离精度要求时，分离所需要的理论板数较大，分离能耗高。

2.有机溶剂与苯、环己烯的相对挥发度不大，故回收萃取剂也需要进行精馏分离，且分离难度大，难以做到完全分离，能耗高。

本文将介绍一种新型的溶剂作为萃取剂进行苯、环己烷、环己烯的分离――离子液体。离子液体是近几年新兴的一种化学产品，具有对某一种有机物选择性好、不挥发、热稳定性极高、无腐蚀、不可燃等多种优点，是一种绿色环保的溶剂[1]。

二、离子液体的简介

离子液体是一种在室温下呈液态的离子化合物，一般由有机阳离子和无机阴离子所组成。离子液体具有异于传统有机溶剂和电解质的一系列突出优点[2，3]：

1.对大多数的无机、有机以及高分子材料表现出良好的溶解能力，并且由于其结构不同，与不同溶剂的相溶性也不同，是许多有机物、无机物的优良溶剂；

2.离子液体几乎没有蒸气压，即使在较高的温度下也不挥发，因此可以用于高真空体系中，同时也减少了因挥发而产生的环境污染问题；

3.通过阴阳离子的设计可获得“需求特定”、“量体裁衣”的离子液体，可调节其对无机物、水、有机物及聚合物的溶解性[4]。

三、二元体系气液相平衡分析

由于离子液体目前仍处于实验研究阶段，目前还不能用传统的热力学方程对加入离子液体后的苯、环己烷、环己烯体系进行计算，只能通过实验进行数据分析。本文通过某国外文献[5]中一组数据来阐述离子液体作为萃取剂进行苯、环己烷、环己烯的分离。

该文献中对苯、环己烷、环己烯、己烷、甲苯等分别加入几种离子液体后的气液相平衡数据进行了测定。我们选取其中的一组苯、环己烷、环己烯加入[EMIM]+[（CF3SO2）2N]-（以下简称IL）的实验数据进行分析，该实验是在353.15K下，测定不同溶液浓度下的气相平衡压力，根据此数据可以分别作出p-x相图。

四、采用离子液体作为萃取剂分离苯、环己烷、环己烯的可行性分析

从第3节的二元气液相平衡数据，可以分析出离子液体作为萃取剂分离苯、环己烷、环己烯是可行的，具体可从以下几方面论述：

1.离子液体对苯、环己烷、环己烯的溶解性差别非常明显。加入离子液体后环己烯与苯的相对挥发度是3.78，环己烷与环己烯的相对挥发度是1.71，根据精馏原理，相对挥发度越大的物系，达到相同的分离要求所需要的最小理论板数越少，实际操作中的回流比也越小，塔顶冷凝器与塔底再沸器的热负荷也随之变小。

2.由于离子液体几乎没有蒸汽压，在低温下（小于200℃）时几乎不挥发，这一特性对于萃取分离过程中的溶剂回收环节极为有利，我们甚至不需要再像图1中所示，通过设置溶剂回收塔来回收溶剂，而是通过一个简单的蒸发器，就可以将苯或者环己烯蒸发出来。据国外专家计算，若萃取精馏溶剂的蒸气压可忽略，则可使溶剂回收环节的分离能耗降低50%。

综上所述，采用离子液体作为萃取剂分离苯、环己烷、环己烯，由于分离塔的最小理论板数减少，溶剂回收由精馏塔改为蒸发器，既减少了设备投资，又大大的降低了能耗。

五、结论

本文介绍了离子液体具有的诸多特性：对某一种有机物选择性好、不挥发（几乎没有饱和蒸汽压）、热稳定性和化学稳定性极高、无腐蚀、不可燃，是一种绿色环保的溶剂。

通过国外文献中的一组离子液体与苯、环己烷、环己烯的气液相平衡数据，分析得出了利用该离子液体作为萃取剂分离苯、环己烷、环己烯的可行性，具有选择性好、易回收、节能等优点。

应用离子液体分离苯、环己烷、环己烯，既可以节省设备投资，又可以大大地降低能耗。随着人们对离子液体研究的深入，具有绿色、节能、高效等优点的离子液体将具有极其广阔的应用前景。

参考 文献

[1] 刘鹰，刘植昌，徐春明，张睿；室温离子液体催化异丁烷丁烯烷基化的中试研究[J]；化工进展；2005年06期.

[2] 王孝科；田敉；；离子液体萃取精馏分离乙醇-环己烷共沸物[J]；过程工程学报；2009年02期.

[3] 刘鹰，刘植昌，黄崇品，徐春明；氯铝酸离子液体催化异丁烷/丁烯烷基化反应[J]；化学反应工程与工艺；2004年03期.

[4] 张耀辉. 苯+环己烷+离子液体体系相平衡实验的研究[D]. 北京： 中国石油大学，2007.

[5] Ryo Kato， Michael Krummen， Jürgen Gmehling . Measurement and correlation of vaporliquid equilibria and excess enthalpies of binary systems containing ionic liquids and hydrocarbons [J]. Fluid Phase Equilibria： 2004， 224 ： 47-54.