單乙醇胺(MEA)間歇萃取精餾甲醇-丙酮研究

曾春元，袁旭宏，黃海明, 陳紅，葉余原，尤玉靜，熊雙喜

（1.浙江奧翔藥業(yè)有限公司，浙江 臨海317000； 2.臺(tái)州職業(yè)技術(shù)學(xué)院生化系，浙江 臺(tái)卅 318000； 3.臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院，浙江 臺(tái)卅 318000）

單乙醇胺(MEA)間歇萃取精餾甲醇-丙酮研究

曾春元1，袁旭宏2，黃海明3, 陳紅3，葉余原3，尤玉靜3，熊雙喜3

（1.浙江奧翔藥業(yè)有限公司，浙江 臨海317000； 2.臺(tái)州職業(yè)技術(shù)學(xué)院生化系，浙江 臺(tái)卅 318000； 3.臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院，浙江 臺(tái)卅 318000）

用常規(guī)的間歇萃取精餾實(shí)驗(yàn)裝置 ,研究了以單乙醇胺(MEA)為萃取劑間歇萃取精餾分離甲醇—丙酮恒沸物的過(guò)程?？疾炝溯腿?、全回流時(shí)間、共沸物組成、溶劑與混合物的體積比、回流比等因素對(duì)萃取精餾分離甲醇—丙酮共沸體系的影響，從而得出最優(yōu)的萃取條件。

間歇萃取精餾；單乙醇胺；丙酮、回流比

萃取精餾法是通過(guò)加入適當(dāng)?shù)娜軇?以改善被分離組分間的相對(duì)揮發(fā)度,從而能使共沸物或沸點(diǎn)相近的混合物得以分離。常壓下甲醇與丙酮形成恒沸物，因此 , 采用常規(guī)的蒸餾方法是得不到質(zhì)量分?jǐn)?shù)90%以上的丙酮，只有選擇特殊精餾方法，萃取精餾是可選擇的一種，它是有沸點(diǎn):溶劑的沸點(diǎn)高于原進(jìn)料混合物的沸點(diǎn),以防止溶劑汽化損失和污染產(chǎn)品;但也不能過(guò)高,以避免造成溶劑回收塔釜溫度過(guò)高、溶劑使用安全、無(wú)毒性、不腐蝕、熱穩(wěn)定性好、能回收利用及來(lái)源豐富等優(yōu)點(diǎn)。而廣泛應(yīng)用于相對(duì)揮發(fā)度接近 1的二元體系中，如化工、醫(yī)藥中間體、精細(xì)化工及制藥等一類，目前文獻(xiàn)中對(duì)甲醇—丙酮分離有較多報(bào)導(dǎo)[1,2]。

本實(shí)驗(yàn)采用單乙醇胺(MEA)間歇萃取精餾甲醇—丙酮進(jìn)行了探研，對(duì)全回流的塔釜丙酮濃度、溶劑和混合物的體積比、加熱溫度及回流比等因素對(duì)分離效果的影響等進(jìn)行考察 ,也對(duì)分離參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,得出最適宜的萃取分離條件，為相關(guān)部門提供一些有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[3-5]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑及裝置

試劑：蒸餾水、甲醇（上海試劑總廠）、丙酮（天津大茂化學(xué)試劑公司）、MEA（上海試劑總廠）和醋酸鉀等均為化學(xué)純。

裝置：間歇萃取精餾裝置如圖 1（南京工業(yè)大學(xué)研制），主要有：控制面版、塔釜加熱套、填料塔塔身和塔頂回餾頭等，填料選用不銹鋼網(wǎng)θ環(huán)，填料有1.2 m高。采用溫嶺市福立分析儀器公司的GC9801型氣相色譜儀。

分析條件： 檢測(cè)器：熱導(dǎo)、填充柱內(nèi)固定相：干燥劑、色譜柱類型：Φ3 mm×3 m 的填充柱、載氣：氫氣；柱前壓 0.2 MPa、汽化室溫度：142 ℃、柱爐溫度：102 ℃。

圖1 間歇萃取精餾塔裝置Fig.1 Batch extractive distillation column

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

配制不同甲醇(22%)—丙酮(78%)質(zhì)量分?jǐn)?shù)混合液體為原料 , 加入到塔底 500 mL四口瓶中,按照不同質(zhì)量比的萃取劑在一定時(shí)間從塔頂加入,將塔釜液加熱至沸騰,在全回流下操作，待穩(wěn)定后在塔頂取產(chǎn)品 , 產(chǎn)品用氣相色譜儀分析其含量。不斷地改變?cè)现薪M分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、萃取劑與原料比 (質(zhì)量)、回流比等參數(shù)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。

最終，對(duì)各不同萃取精餾操作的結(jié)果進(jìn)行比較分析；優(yōu)化出最佳操作條件。

2 結(jié)果與討論

2.1 單乙醇胺(MEA)與原料質(zhì)量比對(duì)精餾的影響

分離操作條件：釜原料中甲醇含量為22%（質(zhì)量），在全回流下，穩(wěn)定50 min取樣，加熱控制溫度為 200 ℃，在相同條件下,改變萃取劑〔MEA〕與原料質(zhì)量比對(duì)分離甲醇—丙酮萃取精餾影響的考察。結(jié)果如表1。

表1 溶劑質(zhì)量比對(duì)塔頂產(chǎn)品質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響Table 1 Effect of solvent mass ratio on overhead product mass fraction

由表1得知, 在MEA萃取劑質(zhì)量比值增加,塔頂產(chǎn)品質(zhì)量分?jǐn)?shù)也隨之增加,當(dāng)MEA質(zhì)量比為1.6時(shí)，塔頂產(chǎn)品質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高， 1.6后,繼續(xù)增加MEA質(zhì)量比,分離效果比較穩(wěn)定，因此, MEA質(zhì)量比為1.6最佳。

2.2 釜液濃度對(duì)萃取精餾的影響

分離操作條件：改變釜原料中甲醇含量，在全回流下，穩(wěn)定50 min取樣，加熱控制溫度為200 ℃，萃取劑〔MEA〕與原料質(zhì)量比值為1.6,對(duì)分離甲醇—丙酮萃取精餾影響的考察。結(jié)果如表2。

表2 原料組成對(duì)對(duì)塔頂產(chǎn)品質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響Table 2 Effect of material composition on overhead product mass fraction

表 2得知,隨著原料中甲醇含量的增加 , 塔頂產(chǎn)品質(zhì)量分?jǐn)?shù)也隨之增加,22%繼續(xù)增加原料中的甲醇含量 ,丙酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化微小98%左右。因此22%最適宜。

2.3 塔釜的加熱溫度對(duì)精餾的影響

分離操作條件：改變釜的加熱溫度，在全回流下，穩(wěn)定50 min取樣，加熱控制溫度為200 ℃，萃取劑〔MEA〕與原料質(zhì)量比值為1.6, 釜原料中甲醇含量為22%，對(duì)分離甲醇—丙酮萃取精餾影響的考察。結(jié)果如表3。

表3 加熱溫度對(duì)塔頂產(chǎn)品質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響Table 3 Effect of heating temperature on overhead product mass fraction

表3得知, 隨著釜加熱溫度的增加 , 塔頂產(chǎn)品質(zhì)量分?jǐn)?shù)也隨之增加, 在 185 ℃繼續(xù)增加溫度,丙酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化微小98.33%左右。因此185 ℃最適宜。

2.4 單乙醇胺(MEA)進(jìn)料溫度對(duì)萃取精餾的影響

分離操作條件：改變MEA進(jìn)料溫度，在全回流下，穩(wěn)定50 min取樣，加熱控制溫度為185 ℃，萃取劑〔MEA〕與原料質(zhì)量比值為1.6, 釜原料中甲醇含量為22%，對(duì)分離甲醇—丙酮萃取精餾影響的考察。結(jié)果如表4。

表4得知,隨著MEA溫度的增加 , 塔頂產(chǎn)品質(zhì)量分?jǐn)?shù)也隨之減小, MEA進(jìn)料溫度較低,萃敢效率越高，因此常溫最適宜。

2.5 不同回流比對(duì)精餾的影響

分離操作條件：改變回流比，MEA進(jìn)料溫度為常溫，在部分回流下，穩(wěn)定50 min取樣，加熱控制溫度為185 ℃。

萃取劑〔MEA〕與原料質(zhì)量比值為1.6, 釜原料中甲醇含量為22%，對(duì)分離甲醇—丙酮萃取精餾影響的考察。結(jié)果如表5。

Study on Batch Extractive Distillation of Methanol and Acetone by Using MEA as Extractant

ZENG Chun-yuan1，YUAN Xu-Hong2，HUANG Hai-Ming3，CHEN Hong3, YE Yu-yuan3, YOU Yu-Jing3, XIONG Shuang-xi3
(1. Zhejiang Ausun Pharmaceutical Co.,Ltd. , Zhejiang Linhai 317000, China; 2. Taizhou Vocational & Technical College, Zhejiang Taizhou 318000, China; 3. Department of Medical Chemistry, Taizhou University, Zhejiang Taizhou 318000, China)

s:Batch extractive distillation process of methanol-acetone binary azeotrope in the conventional batch extractive distillation experimental device with MEA as extracting agent was studied. Effect of extractant, total reflux time, azeotrope composition,volume ratio of solvent and mixture，reflux ratio and other factors on the extractive distillation separation of methanol - acetone azeotropic system was investigated, and the best extraction conditions were determined.

Batch extractive distillation；Monoethanoamine；Acetone；Reflux ratio

TQ 028.31

A

1671-0460（2014）11-2222-03

2014-06-13

國(guó)家青年科學(xué)基金項(xiàng)目（21207095）

曾春元（1970-），男，湖南永卅人，1992年畢業(yè)于湘潭大學(xué)化工系化學(xué)工程專業(yè)，從事化工及化學(xué)制藥產(chǎn)品的開發(fā)。

陳紅(1966-)，女，碩士，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師；葉余原（1969-）男，碩士，副教授，浙江人，主要從事藥物合成；熊雙喜(1953-), 男, 副教授, 湖南道縣人，研究方向：分離工程。Eail-xsxi@tzc.edu.cn。