甲醇—醋酸甲酯的分離實驗性能測定

韓金菲，鄭 杰，陳 紅，熊雙喜

（臺州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院，浙江 臨海 317000）

甲醇是無色有酒精氣味易揮發(fā)的液體，能溶于水和許多有機溶劑。主要用于合成纖維、甲醛、塑料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料、合成蛋白質(zhì)等工業(yè)生產(chǎn)，是一種基本的有機化工原料[1]。

工業(yè)生產(chǎn)的廢液中含有大量的甲醇和醋酸甲酯的混合物，由于醋酸甲酯的低毒性，近年來常用作萃取溶劑。隨著綠色化學(xué)的提出和發(fā)展，醋酸甲酯的合成工藝不斷得以改善。所以甲醇和醋酸甲酯的分離和回收再利用的研究與開發(fā)十分活躍。

本實驗中我們探研了全回流操作下不同塔釜加熱溫度與釜液濃度；部分回流中不同回流比、釜液濃度或添加萃取劑、鹽等情況,獲得有價值的可靠實驗數(shù)據(jù)，并依靠計算機繪圖技術(shù)繪出最佳的實驗參數(shù)曲線圖，為工業(yè)生產(chǎn)提供了回收甲醇和醋酸甲酯混合液的實驗參數(shù)、為生產(chǎn)部門提供有實際意義的數(shù)據(jù)。

1 實驗部分

1.1 實驗塔器

本實驗塔器是南京工業(yè)大學(xué)制造的萃取精餾塔，配套的有分餾頭、電保溫套、回流比控制器、各種控制儀表等(如圖1)。內(nèi)裝填φ3θ網(wǎng)環(huán)(填料層高1.10 m）。

圖 1 萃取精餾裝置Fig.1 Extractive distillation column

1.2 藥 品

甲醇,醋酸甲酯,無水氯化鈣,環(huán)己烷均為化學(xué)純。

1.3 實驗分析條件

實驗采用溫嶺市福立分析儀器公司 GC9790 型氣相色譜，載氣為氫氣，柱為φ3 mm、壁厚0.5 mm、高2 000 mm 不銹鋼填充柱。固定相為GDX-101 白色擔體，老化溫度200 ℃，最高使用溫度230 ℃。熱導(dǎo)檢測，汽化室溫度178 ℃，柱溫125 ℃，檢測室溫度205 ℃，柱前壓0.11 MPa，進樣量0.5μL，應(yīng)用軟件為浙大 N2000 色譜工作站。

1.4 實驗步驟

實驗步驟如下：（1）全回流下操作，建立塔釜加熱溫度與塔釜濃度梯度，用色譜儀對塔頂餾分濃度分析確定。（2）全回流下操作，加熱溫度不變的情況下由不同塔釜濃度，用色譜儀對塔頂餾分濃度分析確定。（3）部分回流下操作，控制加熱溫度與塔釜濃度不變，在回流比不同肘;用色譜儀對塔頂餾分濃度分析確定。（4）部分回流下操作，測定塔頂餾分濃度與不同的塔釜液關(guān)系。（5）采用萃取精餾進行分離而鹽析效應(yīng)對萃取過程具有較大的影響，故在試驗中通過添加鹽來比較分析鹽對試驗的影響[2]。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同塔釜加熱溫度對精餾的影響

把配制不同的（10%，20%，40%，60%，80%）甲醇——醋酸甲酯混合溶液（用醋酸甲酯體積百分比配置）加入釜中，在以下加熱溫度范圍（依次140，160，180，200，220 ℃）完成全回流操作，每次穩(wěn)定五十分鐘左右，取樣進行色譜分析并測定回流液量。結(jié)果繪制塔頂醋酸甲酯的濃度與塔釜加熱溫度的曲線圖（如圖2）。

圖2 塔釜液為20%時不同加熱溫度對精餾的影響Fig.2 Tap cauldron of change for the 20% return steam distillation of the impact of

實驗結(jié)果：塔釜加熱搭制溫度的增大，為140～220 ℃之間時，醋酸甲酯的濃度增大，大于160℃以后，分離效果變化不＋分明顯?？赡苁菧囟忍咚?nèi)醋酸甲酯分離量出現(xiàn)飽和等原因，再增加會出濃度下降的現(xiàn)象。所以確定為160 ℃最適合釜的加熱溫度。

2.2 不同的釜液濃度對分離效果的影響

固定釜加熱溫度為 160℃，對釜液濃度為（10%,20% ,40%,60% ,80%）在全回流下操作，待穩(wěn)定后分別取樣進行色譜分析，判斷塔釜濃度對分離的影響（圖3）。

圖3 塔釜液濃度和塔頂濃度的關(guān)系Fig.3 Tap cauldron of change for the return steam distillation of the impact of

實驗結(jié)果：釜液濃度的增加，頂液濃度的增加，綜合考慮，確定選取塔釜濃度在20%至30%較適宣。

2.3 部分回流時不同回流比對精餾的影響

把25%甲醇——醋酸甲酯混合溶液（以醋酸甲酯的體積比配置）加入塔釜。待全回流穩(wěn)定后，設(shè)定回流比 R（1.5︰1，2︰1，2.5︰1，3︰1，3.5︰1）,首先回流比在1.5︰1 操作，回流穩(wěn)定1 h，取樣對塔頂產(chǎn)品分析，并用計算機作出塔頂醋酸甲酯濃度與回流比曲線（圖4）。

結(jié)果可知：回流比不斷增加回流效率也增加，但醋酸甲酯的產(chǎn)量降低了，同時能耗也會增加，故可以確定選擇3.5︰1 作為較適宜的回流比，工業(yè)生產(chǎn)還需要考慮重多因素來選擇較理想的回流比。

圖4 回流比改變對精餾的影響Fig.4 Tap The change of bottom’s liquid and tip’s density

2.4 萃取劑量在部分回流時對混合液分離效率影響

控制釜加熱溫度為160 ℃，回流比3.5︰1 的條件下，以甲醇—醋酸甲酯混合液中的醋酸甲酯體積比 20%的溶液為原料，以甲醇—醋酸甲酯體積比20%為進料液，萃取劑為水，在回流穩(wěn)定有回流液時開始滴加水，在45 min 時進行取樣分析,并做出萃取劑用量對分離效果的影響曲線（圖5）。

圖5 萃取劑(水)的量的改變對精餾的影響Fig.5 Extractant (water) volume change of the impact of distillation

由圖5 可知，萃取劑的加入量對塔頂濃度有影響。本實驗可認為添加170 mL 水較好。

2.5 部分回流時加鹽萃取劑對混合物分離效率影響

在塔釜加熱溫度160 ℃，回流比3.5︰1 的條件下，以甲醇—醋酸甲酯體積比20%為進料液，配制0.08 g/mL 醋酸鉀水溶液，分離出目標產(chǎn)品，以期達到簡化流程，提高分離效率的目的,在回流穩(wěn)定有回流液時開始滴加醋酸鉀水溶液，在45 min 后取樣分析，并做分離效果的影響曲線[3-5]（圖6）。

由圖6 可知，150 mL 時可達到較好的分離效果。

3 結(jié) 論

本實驗通過甲醇—醋酸甲酯混合系統(tǒng)在填料精餾塔中分離條件的優(yōu)化，確定了一些分離參數(shù)。

（1）得出在全回流下的最佳加熱溫控制為161℃、釜液濃度20%至30%、回流比為3.5︰1。

圖6 醋酸鉀水溶液的量對精餾的影響Fig.6 The amount of aqueous solution of potassium acetate on the impact of distillation

（2）部分回流得出最佳萃取劑的加入量為170 mL 水較好、醋酸鉀水溶液在150 mL 時分離效果佳。

但所取數(shù)據(jù)是在本實驗室的填料塔器中得出的，為工業(yè)廢液中甲醇和醋酸甲酯分離的操作提供了參考。

［1］任立鵬.甲醇發(fā)展現(xiàn)狀及方向[J].安徽化工, 2008,34(1):5-8.

［2］劉家祺.分離工積[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 2001.

［3］崔現(xiàn)寶, 楊志才, 馮天揚. 萃取精餾及進展[J]. 化學(xué)工程與工藝,2004, (04): 112-115.

［4］張清奎.錢萬成.蔣維鑰,等. 加鹽萃取精餾的研究(Ⅲ)[J].石油化工,1984,13(1)：11-14.

［5］潘曉梅,肖國民,楊志才.鹽效分離過程中選擇鹽的方法)[J].高校化學(xué)工程學(xué)報,2004,18(6):777-781.