乙醇-乙酸乙酯體系的間歇萃取精餾研究

張劍鋒, 袁旭宏, 黃海明, 陳 紅, 葉余原,尤玉靜, 熊雙喜

（1. 臺州學院醫藥化工學院, 浙江 臨海 317000 ; 2. 臺州職業技術學院生化系, 浙江 臺州 317000）

乙醇-乙酸乙酯體系的間歇萃取精餾研究

張劍鋒1, 袁旭宏2, 黃海明1, 陳 紅1, 葉余原1,尤玉靜1, 熊雙喜1

（1. 臺州學院醫藥化工學院, 浙江 臨海 317000 ; 2. 臺州職業技術學院生化系, 浙江 臺州 317000）

在常規的間歇萃取精餾實驗裝置中，研究了以 N,N-二甲基酰胺（DMF）和二甲亞砜(DMSO)作萃取劑；在間歇萃取精餾塔中分離乙醇-乙酸乙酯體系的過程。對全回流時間、不同萃取劑、恒沸物組成、溶劑和混合物的體積比、加鹽及加堿等因素考察，分析萃取精餾分離乙醇-乙酸乙酯共沸體系的影響，從而得出最佳的萃取條件。

間歇萃取精餾；乙酸乙酯；分離；萃取劑

乙醇沸點 78.3 ℃ 和乙酸乙酯沸點 77.06 ℃常壓下可形成共沸物，共沸組成含乙醇 12%(wt,下同)、乙酸乙酯 88%，共沸溫度為 71.8 ℃，由于乙醇-乙酸乙酯產生了最低恒沸物，體系的相對揮發度接近 1，用普通精餾無法分離得到純組分，只能選用特殊精餾。分離共沸物的傳統方法是萃取精餾法和共沸精餾法。由于共沸精餾法能耗較高，工業上一般優先采用萃取精餾法[1,2]。乙醇既是一種重要的有機化工原料，也是制藥及精細化工中常見的溶劑，電子工業中的清洗劑；所以有著廣泛的應用，研究較活躍；因此，本文選用N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和二甲亞砜 (DMSO)作溶劑對間歇萃取精餾分離乙醇-乙酸乙酯體系，對全回流時間、恒沸物組成、溶劑與混合物的體積比、加鹽及加堿等因素的考察，分析了分離效率的影響并優化分離操作參數，得出最佳的萃取分離條件[3-6]。

1 實 驗

1.1 儀器及化學試劑

儀器：萃取精餾塔見圖 1（南京工業大學研制），填料為θ環不銹鋼，填料層高 1 200 mm。GC9801型氣相色譜儀（溫嶺市福立分析儀器公司），用 GD ×203 毛細管柱，載氣為氫氣，載氣壓強為 0.2 MPa，在恒定溫度下進行分析。

化學試劑：無水乙醇、無水乙酸乙酯、N，N-二甲基甲酰胺(DMF) 、二甲亞砜 (DMSO) 、無水氫氧化鈉，醋酸鉀。均為化學純

圖 1 萃取精餾塔Fig.1 Extraction Distillation Column

1.2 實驗方法

取乙醇 20%和乙酸乙酯 80%混合液 100 mL，按萃取劑與乙醇-乙酸乙酯的質量比為 1.5∶1 加入塔釜 500 mL 四口瓶中，加熱塔釜至沸騰，全回流幾小時后，在塔頂取樣，用 GC9801 型氣相色譜儀分析餾分的組成。取不同原料中組分的質量分數、不同萃取劑與原料比 (質量)、不問回流時間、加鹽和堿的量，取得實驗數據。

對不同萃取劑的分離實驗數據、及回收情況進行相應的比較分析；從而選擇出較好的萃取劑及最佳操作條件。

2 結果與討論

2.1 全回流時間對萃取精餾的影響

固定分離條件：加熱溫度 200 ℃，原料中乙醇含量為 20%（質量），萃取劑 DMF 與原料質量比為 1.5 。在其他條件保持不變的情況下，考察了全回流時間對萃取精餾分離乙醇-乙酸乙酯塔頂餾分組成的影響。結果如圖2所示。

圖 2 全回流時間對采出樣濃度的影響Fig. 2 Effect of Total Reflux Time for Recovery Sample Concentration

由圖2看出，隨著全回流時間的增加，塔頂樣品的組成先快速增加再快速下降，當全回流時間到 1.5 h時，萃取精餾分離效果較好，，塔頂餾分組成最高，乙酸乙酯的組成為 82.50%。確定適宜時間為 1.5 h。

2.2 各種萃取劑萃取比較的研究

保持其他條件不變的情況下，考察了各種的萃取劑對萃取精餾分離乙醇-乙酸乙酯塔頂餾分組成的影響。結果如表 1。可以看出，對于乙醇-乙酸乙酯體系的分離，N，N-二甲基甲酰胺的萃取效果比二甲亞砜的萃取效果好，而混合萃取劑又比任何單一萃取劑的萃取效果好。在混合萃取劑中比較又可以發現 40%N，N-二甲基甲酰胺+二甲亞砜 60%的萃取效果比 60%N，N-二甲基甲酰胺+二甲亞砜 40 %的萃取效果好。所以選取的最優萃取劑為 40%N，N-二甲基甲酰胺+二甲亞砜 60%。

表 1 不同萃取劑的萃取效果對比Table 1 Effect of different Extractans for Extraction Comparison

2.3 不同原料組成對萃取分離因素的影響

保持其他條件不變的情況下，考察了不同原料組成對萃取分離乙醇-乙酸乙酯塔頂餾分組成的影響。結果如圖3。

圖 3 原料組成對采出樣濃度的影響Fig.3 Effect of the Material Composition for Recovery Sample Concentration

由圖3可知，乙醇含量不斷的增加，塔頂餾分的組成不斷增加，當乙醇含量升到 20%時，塔頂餾分組成升到最高。圖 3 的證明，當乙醇從 20%再增加，乙酸乙酯的含量趨于一個比較穩定的數值 92%左右。這可能有多種原因，最可能是原料與萃取劑形成氫鍵，導致相對揮發度下降而分離效果下降。

2.4 加熱溫度不同對萃取分離的影響

保持其他條件不變的情況下，不同加熱溫度對萃取分離乙醇-乙酸乙酯的影響因素考了察，結果如圖4。

圖 4 加熱溫度對采出樣濃度的影響Fig.4 Effect of the heating temperature for Recovery Sample Concentration

由圖4可知，加熱溫度不斷升高，塔頂餾分組成相應增加，當加熱溫度大于 150 ℃后組分的含量又隨之減少，因此加熱溫度為 150 ℃時分離效果較好，乙酸乙酯的含量達 94%。

2.5 鹽、堿對萃取分離的影響

保持其他條件不變的情況下，加鹽加堿對萃取精餾分離乙醇-乙酸乙酯塔頂餾分組成的影響考察。結果如圖 5。由圖 5可看出，當原料中加入鹽時，隨著加入量的增加，塔頂餾分中乙酸乙酯的質量分率增加，萃取精餾分離效果變好，但是鹽溶液會腐蝕設備，給生產帶來不便。

圖 5 加鹽對采出樣濃度的影響Fig.5 Effect of the Salt for Recovery Sample Concentration

圖 6 加堿對采出樣濃度的影響Fig.6 Effect of the Alkalize for Recovery Sample Concentration

所以在生產過程中可以根據產品純度的要求適當的添加鹽。由圖6可以看出隨著加堿量的增加塔頂餾分中乙酸乙酯的質量分率一直在減少，所以加堿不利與乙醇-乙酸乙酯的分離[7]。

3 結 論

（1）實驗用 N，N-二甲基甲酰胺和二甲亞砜作萃取劑，分離乙醇-乙酸乙酯共沸物系有相當好的分離效果，并用GC對塔頂樣品進行了分析。

（2）結果證明，在全回流時間為 1.5 h、乙醇在原料中濃度為 20， %、以 40，%N，N-二甲基甲酰胺+二甲亞砜 60，%混合萃取劑與原料液的質量比為 4，萃取精餾分離能力最好，乙酸乙酯濃度高達 95.58%。

（3）加適量鹽有較好的分離效果，但鹽溶液會腐蝕設備，分離鹽不便。加堿對乙醇-乙酸乙酯的分離不行。

［1］劉家祺.分離過程 [M] 北京:化學工業出版社,2002-04.

［2］張志剛, 徐世民, 李鑫鋼,等.間歇萃取精餾技術的研究進展[J].化工進展, 2004, 23(9): 933-937.

［3］宋海華, 孫偉,王秀麗.萃取精餾溶劑選擇的研究進展[J].化學工業與工程, 2002( 2): 83-88.

［4］雷志剛, 周榮琪, 葉堅強,等. 加鹽反應萃取精餾分離醇水溶液[J].化學工業與工程, 2001, 18(5): 290-2948.

［5］段占庭, 雷良恒, 周榮琪. 加鹽萃取精餾的研究, 用乙二醇醋酸鉀制取無水乙醇[J]. 石油化工, 1980,9 (6):

［6］李紅利,孫建哲.溶鹽萃取精餾系統的特點及設計計算[J].寧夏大學學報(自然科學版) ,2003，19(2):15-18.

［ 7］ 林 軍 ,顧 正 桂 .加 堿 萃 取 精 餾 制 取 無 水 乙 醇 [J].化 學 研 究 與 應用,2004,16(2):282-283.

黑龍江長和化工：力爭成為專業瀝青中的龍頭企業

中國證監會 4 月 22 日公布了最新 IPO 預披露名單，其中黑龍江長和化工股份有限公司擬深交所上市，黑龍江長和化工股份有限公司是公路、鐵路、機場建設領域瀝青材料供應商，主營業務包括各種改性瀝青、乳化瀝青等產品及相關設備的研發、生產、銷售，以及不同等級道路的養護、維修。

申報稿顯示，黑龍江長和化工將利用國家“十二五”發展規劃中政府大力發展基礎設施建設機遇，力爭成為東北、西部、華北地區專業瀝青行業中最具競爭力的龍頭企業，公司將立足道路建設、市政建設市場，并逐步拓展高鐵、機場及養護產品市場，并以改性瀝青產業為基點，逐步向石油化工進行產業鏈的拓寬和發展。

Study on Batch Extractive Distillation of Ethanol- Ethyl Acetate System

ZHANG Jian-Feng1, YUAN Xu-hong2, HUANG Hai-Ming1, CHEN Hong1, YE Yu-yuan1, YOU Yu-Jing1, XIONG Shuang-xi1
（1. Department of Medical Chemistry, Taizhou University, Zhejiang Linhai 317000, China; 2. Taizhou Vocational & Technical College, Zhejiang Taizhou 318000, China）

In the conventional batch extractive distillation experimental device, the batch extractive distillation process of ethanol- ethyl acetate system by using N,N-dimethy formamide and dimethy sulphoxide as extracting agents was studied. Effects of total reflux time, extractant, azeotrope composition, volume ratio of solvent to mixture ,adding salt, adding alkali and other factors on the extractive distillation separation of ethanol- ethyl acetate system were investigated, then the best extractive distillation conditions were obtained .

Batch extractive distillation；Ethyl acetate；Separation；Extractant

TQ 028.31

： B文獻標識碼： 1671-0460（2014）07-1146-03

國家青年科學基金 ，項目號：21207095。

2014-04-25

張劍鋒（1991-），男，浙江寧波人，研究方向: 產品分離。

陳紅(1966-)，女；葉余原(1969-)，男；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。