萃取精馏及共沸精馏在化工中的应用

摘 要：选择好的溶剂是提高萃取精馏生产能力和降低能耗的有效途径；开发易分离回收、汽化潜热低、用量少、无毒无腐蚀的共沸剂将是共沸精馏的研究方向。本文综述了萃取精馏及共沸精馏的基本原理，并介绍了萃取精馏及共沸精馏在化工中的最新应用。

关键词：共沸精馏 共沸剂 萃取精馏 萃取剂

在化工产品生产过程中，不可避免地需要对各种各样的混合物进行分离。一般认为挥发度小于1.05的物系或沸点差小于3℃的物系，用普通的精馏方法进行分离在经济上是不适宜的。对于这类物系可以用萃取精馏或共沸精馏。萃取精馏即时向待分离物系中加入第三种组分（称为溶剂），增大组分间的挥发性差异，从而达到分离目的的特殊精馏方法。而共沸精馏则是向待分离物系中加入共沸剂，使新组分和被分离系统中的一个或几个组分形成最低共沸物并从塔顶蒸出的特殊精馏方法。

1 萃取精馏

萃取精馏的关键在于溶剂的选择，选择好的溶剂是提高萃取精馏生产能力和降低能耗的有效途径，近年来，许多研究者针对萃取精馏普遍存在的溶剂用量大、能耗大、板效率低等问题，从溶剂的选择入手，对其进行了改进和优化。目前新型溶剂主要包括离子液体、加盐溶剂及复合溶剂。

1.1 离子液体

离子液体是指在室温及相邻温度下完金由离子组成的有机液体物质，具有不挥发、不可燃以及呈液态的温度范围宽等特点。离子液体的溶解性可随阴阳离子类型及取代基的调变而变化，应用范围广泛，可用于分离含水共沸物等物系。

1.2 加盐溶剂

加盐溶剂萃取精馏的理论基础是盐效应。盐对物系相对挥发度的改变远远大于溶剂对其相对挥发度的改变，即盐效应大于溶剂效应，因此加盐萃取精馏的溶剂用量小。同时由于盐能循环利用，可改善塔内汽液平衡关系，减少理论塔板数，降低能耗。

1.3 复合溶剂

由于单一溶剂往往不能同时具有高选择性和溶解性，所以一般在选择性较高的溶剂里配比一定量溶解性较好的溶剂（称助溶剂），改善原溶剂的溶解性，使其更大限度地改变物系的相对挥发度。

祝石华等以N-甲酰吗啉-COS为溶剂，对萃取精馏回收苯的过程进行了研究。华超等利用改进的UNIFAC模型来选择溶剂，验证了复合溶剂N-甲酰吗啉-乙二醇用于分离苯-甲基环戊烷的可行性。同时，Yin等开展了类似的研究工作，发现助溶剂EG的质量分数为20%时，苯-环己烷物系的分离效果最佳。

随着化工产品分离要求的日益严格，萃取精馏技术的研究和应用受到了高度关注。离子液体具有不挥发和可设计等优势，能有效分离有机物-醇、芳烃-脂肪烃等物系，但成本较高，制备过程复杂且部分离子液体对水和空气的稳定性不好。加盐溶剂萃取精馏有效改变了物系的相对挥发度，降低了溶剂比，但存在盐易结晶、回收难等问题。复合溶剂萃取精馏具有产品纯度和收率高、使用已有的工艺设备、操作条件简单等优点，具有极好的开发应用前景。

2 共沸精馏

与萃取精馏相似，共沸精馏的关键在于共沸剂的选择，选择好的共沸剂是提高共沸精馏生产能力和降低能耗的有效途径。近年来，国内外研究人员考察了不同共沸剂在精馏中的应用。

精对苯二甲酸（PTA）是合成聚酯的重要原料，是以对二甲苯（PX）为原料，醋酸为溶剂，在一定温度和压力下用空气氧化生成。为保证反应的顺利进行，必须及时从系统中移走氧化反应产生的水，同时尽可能从水中回收醋酸，降低醋酸消耗，唐守盛等利用化工流程模拟软件Aspen Plus模拟了精对苯二甲酸（PTA）装置中醋酸脱水共沸精馏系统，系统研究了醋酸甲酯（MA）对该过程能耗的影响。研究表明，MA会在脱水塔内累积，进料中MA含量增多将导致脱水塔负荷直线增加。在脱水塔塔顶和分相器之间设置部分冷凝装置，将含较多MA的气相引至回收塔，可大大减少MA在系统内的循环量，从而有效降低脱水塔能耗。

为了分离乙醇-异丙醇混合物，研究了共沸精馏在乙醇-异丙醇物系中的应用，张鸾等根据共沸剂的选取原则选定出1-己烯作为共沸精馏分离乙醇-异丙醇混合物的共沸剂，并通过间歇共沸精馏实验考察了所选共沸剂的分离效果。结果表明：使用1-己烯作为共沸剂能成功的分离乙醇-异丙醇混合物；塔釜异丙醇的质量分数能达到99.77%。

陈果等运用Aspen Plus对醋酸-丁烯醛-水体系共沸精馏分离醋酸-丁烯醛进行了模拟计算并分析了原料进料位置、共沸剂进料位置、回流比、进料比等参数变化对醋酸-丁烯醛-水体系共沸精馏分离效果与能耗的影响，并进行了参数优化。结果表明，原工艺经参数优化后，可较大程度降低能耗，同时提高分离效果。

共沸精馏能有效分离挥发度小于1.05的物系或沸点差小于3℃的物系，但所加共沸剂必须与待分离组分形成共沸物，共沸剂的选择条件苛刻，因此，开发易分离回收、汽化潜热低、用量少、无毒无腐蚀的共沸剂将是共沸精馏的研究方向。

3 结论

萃取精馏与共沸精馏作为特殊精馏，均可有效分离挥发度小于1.5的物系或沸点差小于3℃的物系。二者都是在原溶液中加入溶剂以改变个组分的相对挥发度。二者不同点在于共沸剂必须形成共废物而萃取剂无此限制，因此共沸剂消耗能量更多而萃取剂选择范围更广。二者在化工中均有极大地开发利用价值。

参考文献

[1] 王孝科，田枚. 离子液体萃取精馏分离苯-环己烷物系[J].石油化工，2008，37（9）：905-909.

[2] 中国石油大学（北京）. 一种离子液体作为萃取精馏分离苯和环己烷的溶剂的应用：中国，200710064448.X[P]. 2008-09-17.

[3] Urszula DomaHska，Gan G. RedHi，Andrzej Marciniak. Activity COefficients at infinite dilution measurements for organic solutes and water in tHe ionic liquid 1-butyl-l-metHylpyrrolidinium trifluorometHanesulfonate using GLC [J] . Fluid PHaseEquilibriai2009，278：91-102.