苯和環己烷的分離研究進展

丁淑娟

（寧夏工商職業技術學院，寧夏銀川 750021）

苯（C6H6）在常溫下呈現無色透明的液態，相對分子質量為78.11，沸點為80.1 ℃，熔點為5.5 ℃，相對密度為0.88。屬于芳香烴家族，易揮發，不溶于水，與乙醇等有機溶劑互溶，結構上呈現正六邊形狀態。環己烷（C6H12）在常溫下為無色有刺激性氣味的液態，相對分子質量為84.16，沸點為80.7 ℃，熔點為6.50 ℃，相對密度為0.778～0.779，不溶于水，在結構上呈現折六邊形的狀態。根據甲苯和環己烷的物理特性，目前有多種分離方法，其關鍵內容就是分離劑的取得。

1 恒沸精餾技術和萃取精餾技術研究進展

1.1 恒沸精餾技術

苯和環己烷沸點相近，碳原子數相同，采用普通精餾方法很容易形成共沸物。恒沸精餾的過程是在體系中加入恒沸劑，產生二元或三元恒沸物，增大分離物之間的相對揮發度。恒沸劑的選擇決定了蒸餾的技術性和經濟性，要求新形成的恒沸物要便于分離，滿足工業穩定、無毒、不腐蝕、經濟易取的要求。這其中夾帶劑量是關鍵因素，因此很多學者對此進行了研究。H·W·Anderson 等研究者選擇了以甲苯為夾帶劑，研究了蒸汽量、夾帶劑量和組分分離效果之間的關系，其研究結果表明在一定條件下增加劑量對分離效果沒有影響。Laroche 等以苯為夾帶劑研究了乙醇和水的分離，在研究中發現了夾帶劑量對相對揮發度的影響規律。朱旭榮的研究同樣以苯為夾帶劑，對異丙醇和水的分離問題進行了研究[2]。

1.2 萃取精餾技術

該技術是向分離塔頂連續加入高沸點添加劑，讓液體混合物便于分離，萃取劑的沸點必須要高于所有分離物。Fredenslund 和Pransnitz 于1975 年提出了基團貢獻法，通過該模型可以預測萃取劑的溶解度、蒸汽壓、表面張力等因素。隨著計算機技術的不斷發展，現代研究已經逐步采用計算機算法計算最佳萃取劑，在仿真實驗驗證后，再通過實驗室實驗測定。G.S.Somekh選擇四甘醇作為萃取劑，分離BTX 和非芳烴，研究結果顯示該萃取劑具有回流比、降低能耗、提純度高的特點。日本學者Min Su Ko 以NFM 作為萃取劑，采用NRTL 方程關聯，測定了氣液平衡數據。趙權宇等也對NFM 分離烷烴和芳烴的氣液平衡數據進行了測定，在計算機模擬的基礎上，得到基團CH2，同時還獲取了ACH 與NFM 的相互作用參數，在研究上取得了一定的創新成果。祝石華同樣以N-甲酰嗎啉作為萃取劑，在其中加入助溶劑COS，結果表明，苯的回收率高達99.8 %，純度大大提高[1]。Jilian Feldman 發現了用DCB作為萃取劑有低揮發性、低冰點、高選擇性和高熱穩定性的優勢，DCB 還能用于液液萃取。胡秀英用苯酚作為萃取劑進行分離，實驗結果顯示苯酚能夠提高揮發度差異。包力研究苯酚分離的最佳工藝參數：理論板數30 塊，進料板處于23 塊，回流比6.5，溶劑比2.2。Fu-Ming Lee 的實驗顯示，DPS 和3MSULF 在萃取中有很高的選擇性，在DPS 中加入10 %的水能夠降低沸點。王秀紅選擇γ-丁內酯為萃取劑，實驗數據表明甲苯含量60 %以內，0.5：1～1：1 的溶劑比分離效果較好。張志剛采用NMP、DMSO、NMP+N，N-DMF 和N，N-DMF+DMSO 作為混溶溶劑，證明效果較好。加鹽萃取是目前較新的研究進展，董紅星等采用N，N-DMF 溶劑，加入KSCN，實驗結果顯示操作條件為KSCN 的量為13%，溶劑比為1：1 時分離效果最佳。王孝科的研究結果表明醋酸鉀作為萃取劑時，含量為15 %，溶劑比為0.75：1時最佳。

2 吸附分離技術

吸附分離指的是將液態或者氣體成分吸附在吸附劑的表面上，實現不同物質分離的目的。吸附劑的選擇是一個關鍵的過程，目前該技術主要在實驗室中進行，尚且沒有進行推廣。蔣福宏以X 型分子篩和Y 型分子篩進行分離，確定了最佳的工藝參數：13X 分子篩效果最佳，80 ℃最宜，適宜原料空速為1.5 h-1～2.25 h-1。楊彥強在其技術專利中提出了有效分離正異構混合烴中的正構烷烴的方法，利用液相模擬移動床進行分離[2]。Akira Takahashi 和Ralph T.Yang 的實驗結果顯示在苯和環己烷分離中Ag-Y 的效果明顯要好于Na-Y 和Pd-Y、H-USY。Akira Takahashi 研究了π 絡合劑，該綜合劑對苯的吸附性比環己烷要高，最佳比為3.2：1。

3 膜分離技術

膜分離技術又叫滲透蒸發技術，液體在透過膜的過程中進行分離，因為液體在通過膜的過程中，通過率不同，所以可以采用該原理簡便達到分離效果。離子膜分離技術在行業內最廣泛和最有前景的一種技術，該技術能耗低、操作簡易、原理易懂，不需要任何催化劑，是未來研究的主要發展方向。Katarzynski 研究了6FDA 型聚酰亞胺膜對脂肪族烴脫除單環、二環、三環芳烴的影響，在實驗中測定了壓力、溫度、組分等各個因素，結果顯示芳烴混合物150 ℃以上能夠透過膜實現分離目的[3]。Cunha 的研究顯示，聚氨酯膜在苯和正己烷分離中效果最佳，這為工業提純打下了基礎。Yamasaki 對PVA 的非對稱膜和均質膜進行了研究，結果表明對稱膜對苯的選擇性要大得多。Yildirim 對PVC 的研究結果顯示，在50 ℃條件下，含量分別為30 %和40 %，滲透性隨著苯的含量增加而增加，選擇性隨著含量的增加而降低。他們的研究還表明，PEBA隨著苯濃度的增加，滲透性增加，選擇性降低。除了固膜之外，液膜也有著較為廣泛的應用，Matsumoto 的實驗研究了室溫下利用離子液體支撐液膜，結果顯示1-正丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽的選擇性最大。馮浩的實驗結果顯示[Bmim]+，[4-Mebupy]+和[Emim]+的分離效果很好[4]。

4 液-液萃取分離

德國人Krupp-Kopper 研發了液-液萃取技術，從裂解汽油中提取高純度芳烴，在大工業生產上實現了廣泛應用。該技術的關鍵在于萃取劑的選擇，在芳香烴和烷烴的分離過程中，根據萃取劑對分離性能的影響，確定最佳分離工藝。早在1954 年，George C.Johnson和Alfred W.Francis 就對單一萃取劑萃取進行了研究，結果表明二甘醇對苯和正庚烷混合物的分離效應較好。George W.Casseii 采用DMSO 分離苯和正己烷，在10 ℃、25 ℃和50 ℃條件下，其分離效果尚佳。M.Mohsen-Nia 研究了碳酸乙烯酯和DMSO 作為萃取劑的分離情況，結果表明，在298.15 K 和303.15 K 條件下，分離作用較好。U.K.Arun Kumar 和Ratan Mohan以糠醛作為萃取劑，結果表明低溫的選擇性大于高溫的選擇性。Gamil M.Radwan 采用DMF 和EG 作為萃取劑進行實驗，實驗表明含量比例在56 %和44 %時最佳。A.A.Gaile 的實驗結果表明，三甘醇（38.4%）+環丁砜（57.5 %）+水（4.1 %）的比例選擇性較佳。Haitham M.S.Lababidi 用PC 和DEG 進行研究，發現，15 %的二甘醇和1.5 的進料比效果最佳。姚春燕等研究糠醛加KSCN 的實驗表明，正庚烷的分配率顯著增加，將近5 倍之多。Emilio J.González 的分離結果表明，在298.15 K 和標壓下，苯+環己烷的分配系數較高。離子液體分離存在的問題在于使用成本較高，因此在技術上還需要進一步改進。

5 結論

苯和環己烷的分離是石油化工產業的重大應用，傳統分離方法一般是萃取精餾和恒沸精餾，但是有能耗較大的缺點。吸附分離是一種新型發展趨勢，但是目前技術環節還需要進一步研發，尤其是高選擇性吸附劑的工藝。液-液萃取工藝能夠實現大規模生產，但是同樣涉及到萃取劑的選擇。膜分離技術在未來大有可為，只要選擇合適的分離膜，提高膜的性能，在工業生產各個領域都能廣泛應用，同時，加鹽萃取法也有著它的優勢和發展前景。