甲醇-丙酮體系的間歇萃取精餾研究*

王益輝，袁旭宏，黃海明，陳紅，葉余原，尤玉靜，熊雙喜

（1.臺州學院醫(yī)藥化工學院，浙江臨海317000；2.臺州職業(yè)技術(shù)學院生化系，浙江臺州318000）

甲醇-丙酮體系的間歇萃取精餾研究*

王益輝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(yī)藥化工學院，浙江臨海317000；2.臺州職業(yè)技術(shù)學院生化系，浙江臺州318000）

在常規(guī)的間歇萃取精餾實驗裝置中，研究了以蒸餾水為萃取劑間歇萃取精餾分離甲醇-丙酮共沸物的過程?？疾炝溯腿?、全回流時間、共沸物組成、溶劑與混合物的體積比、加鹽、加堿等因素對萃取精餾分離甲醇-丙酮共沸體系的影響，從而得出最佳的萃取條件。

間歇萃取精餾；甲醇；丙酮；分離；萃取劑

萃取精餾技術(shù)已有近60年的歷程,它主要工藝特點是在普通精餾的基礎(chǔ)上,添入第三組分-萃取劑（亦稱溶劑）,使分離關(guān)鍵組分之間的相對揮發(fā)度增大,適用于分離共沸物或沸點相差微小的物系。因此,萃取精餾分離工藝廣泛應(yīng)用于化學工業(yè)、制藥及精細化工生產(chǎn)中[1，2]；甲醇-丙酮體系在常壓下可形成恒沸物，恒沸組成為丙酮88（wt）%及甲醇12（wt）%，此溫度為55.5℃，相對揮發(fā)度接近1，只有優(yōu)先采用萃取精餾法。甲醇和丙酮在化工、精細化工、醫(yī)藥和制藥等領(lǐng)域都有相當廣泛的應(yīng)用，目前，開發(fā)及回收循環(huán)使用較多，有利于環(huán)境友好。

本實驗采用的是間歇萃取精餾法，對甲醇-丙酮體系在常壓下進行實驗的探研，對全回流的時間、恒沸物組成、溶劑和混合物的體積比、加鹽及堿等因素對分離能力的影響等作了考察,并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化了分離參數(shù),得出最佳的萃取分離條件。為相關(guān)生產(chǎn)單位的回收再循環(huán)利用提供一些可靠的實驗數(shù)據(jù)[3，4]。

1 實驗部分

1.1 原料及儀器

無水甲醇、無水丙酮、蒸餾水、無水NaOH、無水NaCl和KAc等。

由南京工業(yè)大學制造的全套萃取精餾塔裝置見圖1，包括控制部分、塔釜、塔體和塔頂分餾頭等，選擇填料為不銹鋼θ環(huán)，塔填料層總高1150 mm；GC9801型氣相色譜儀（溫嶺市福立分析儀器公司）。

分析條件：GD×203毛細管柱,TCD（熱導）檢測器。載氣為H2，進樣量4.0μL。在恒溫下進行分析,載氣壓強為0.2MPa,柱箱溫度為140℃,注樣器溫度為170℃,熱導溫度為180℃等。

圖1 萃取精餾塔裝置Fig.1 Extractive distillation column

1.2 實驗方法

稱取80g甲醇（20（wt）%）-丙酮（80（wt）%）和160 g的純水混合液體,按照萃取劑與甲醇-丙酮的質(zhì)量比為2∶1加入塔釜500mL四口瓶中,加熱塔釜液至沸騰,全回流一定時間后，在塔頂采出樣品,用氣相色譜儀分析其樣品的組成。改變原料中組分的質(zhì)量分數(shù)、萃取劑與原料比（質(zhì)量）、全回流時間及加入鹽和堿等參數(shù)，重復上述實驗。

最后，對不同萃取精餾操作的分離效果進行比較分析；優(yōu)化出較好的萃取劑，取得最佳操作條件及參數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 取樣時間的確定

全回流時間對萃取精餾分離甲醇-丙酮塔頂餾分組成的影響（不加萃取劑水）。塔頂有餾出液后記時結(jié)果見表1。

表1 全回流時間對采出樣濃度的影響Tab.1 Influence of totalReflux time for recovery sample concentration

由表1可知,當全回流時間在40～60min,都趨于一個比較穩(wěn)定的值85（wt）%。確定50min為取樣時間。

2.2 萃取劑與原料質(zhì)量比對精餾的影響

在其他條件保持不變的情況下,萃取劑（水）與原料液質(zhì)量比對萃取精餾分離甲醇-丙酮體系塔頂餾分組成影響的考察。結(jié)果見表2。

表2 萃取劑與原料質(zhì)量比對采出樣濃度的影響Tab.2 Influence of the concentration of extractant and raw materialmass ratio For Recovery Sample Concentration

由表2可知,在萃取劑質(zhì)量比較小時,隨著萃取劑質(zhì)量比的增加,塔頂餾分的組成也隨之增加,萃取精餾分離效果變好,當萃取劑質(zhì)量比為4∶1時，塔頂餾分組成最高，2∶1后,繼續(xù)增加萃取劑質(zhì)量比,分離效果不明顯，考慮能耗等因素，因此，萃取劑與原料質(zhì)量比取2∶1即可。

2.3 原料組成對萃取精餾的影響

在其他條件保持不變的情況下,考察了原料組成對萃取精餾分離甲醇-丙酮體系塔頂餾分組成的影響考察。結(jié)果見表3。

表3 原料組成對采出樣濃度的影響Tab.3 Influence ofmaterial composition for recovery samp le concentration

由表3可知，當原料中甲醇含量較少時，隨著甲醇含量的增加,塔頂餾分中易揮發(fā)組分的組成也隨之減少，20（wt）%繼續(xù)增加原料中的甲醇含量，丙酮的含量趨于一個比較穩(wěn)定的數(shù)值96（wt）%左右。因此，原料中甲醇含量在20（wt）%最適宜。

2.4 塔釜加熱的溫度改變對精餾的影響

在其他條件保持不變的情況下，加熱溫度對萃取精餾分離甲醇-丙酮的影響考察，結(jié)果見表4。

表4 加熱溫度對采出樣含量和濃度的影響Tab.4 Influence of heating temperature for recovery sample content and concentration

由表4中可見，隨著加熱溫度的上升,塔頂餾分中輕組分的含量也上升，140℃后加熱溫度的上升，輕組分的含量變化很少，因此，140～155℃最適宜。

2.5 加鹽加堿與水對萃取精餾的影響

在其他條件保持不變的情況下,加鹽加堿與水對萃取精餾分離甲醇-丙酮塔頂餾分組成的影響考察。0.09g·mL-1的醋酸鉀水溶液裝入塔頂計量槽，待回流液穩(wěn)定后，從塔頂不斷加入到萃取塔中進行全回流操作，結(jié)果見表5。

表5 KAc水溶液的量對精餾的影響Tab.5 The amount of solution of potassium acetate on the impactof distillation

由表5可看出，隨著加入KAc水溶液亳升數(shù)上升，塔頂餾分中輕組分的含量也上升，115mL后再上升，輕組分的含量變化很少，因此，145mLKAc最適宜。

加堿對萃取精餾最終的采出樣濃度基本沒有影響[5-7]。

3 結(jié)論

（1）實驗用水及0.09g·mL-1的KAc水溶液作萃取劑，分離甲醇-丙酮共沸物系具很好的分離能力，而0.09g·mL-1的KAc水溶液作萃取劑比水分離效果好，溶劑要少15mL，能耗會有所降低。

（2）得出在全回流的取樣時間為50m L、甲醇在釜中濃度為20（wt）%、萃取劑與原料質(zhì)量比為2∶1，0.09g·mL-1的KAc水溶液為145mL，加熱溫度為140～155℃，萃取精餾分離能力最好，丙酮濃度為97.56（wt）%，加堿基本沒有效果。

（3）下一步工作重點是：繼續(xù)對鹽與萃取劑進行評選，進一步研究部分回流下的分離能力等，為生產(chǎn)單位提供更多的實驗數(shù)據(jù)結(jié)。

［1］劉家祺.分離過程［M］北京:化學工業(yè)出版社,2002.

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

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

［4］白鵬,鄔慧雄,朱思強.分批萃取精餾技術(shù)的研究進展［J］.石油化工,2001,30（7）：563-566.

［5］孫健哲,陸暉.溶鹽萃取精餾法制取無水乙醇［J］.寶雞文理學院學報（自然科學版）,1994,（2）:12-14.

［6］Yaim H,Moszkowicz P,Otterbein M［J］.Comput Chem.Eng.,1994,18（11/12）:1057-1069.

［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(yīng)用,2004,16（2）：282-283.

Study on batch extractive distillation for methanol-acetone system*

WANG Yi-hui1，YUAN Xu-hong2，HUANG Hai-ming1，CHEN Hong1，YEYu-yuan1，YOU Yu-jing1，XIONG Shuang-xi1
（1.Department of Medical Chemistry,Taizhou University,Linhai 317000，China；2.Taizhou Vocational&Technical College, Taizhou 318000，China）

s：Themethanol-acetone azeotrope was separated by batch extractive distillation with distilled water as extracting agent.The effect of factors of extractant,total reflux time,azeotrope composition,volume ratio of solventand compound,saline and alkaline on batch extractive distillation azeotrope system was investigated.The best extraction conditions were obtained.

batch extractive distillation；methanol；acetone；separation；extractant

TO028.31

B

1002-1124（2014）07-0013-03

2014-05-07

國家青年科學基金項目（21207095）

王盜輝（1991-），男，浙江金華人，應(yīng)屆畢業(yè)生，研究方向：分離工程。

導師簡介：熊雙喜（1953-），男，副教授，湖南道縣人。

葉余原（1969-），男，浙江人，碩士，副教授，主要從事藥物合成。