用填料塔從雜醇中分離提取異丁醇和正丁醇的條件研究及優(yōu)化

徐慶華 于新陽 姜蘭英（煙臺(tái)恒邦化工助劑有限公司 山東 煙臺(tái) 264100）

一、實(shí)驗(yàn)部分

1.實(shí)驗(yàn)裝置

采用由煙臺(tái)天一化工實(shí)驗(yàn)設(shè)備生產(chǎn)的玻璃間歇精餾裝置，原料在精餾釜（1L）里經(jīng)加熱套加熱（0.3KW）后汽化進(jìn)入精餾塔（鍍銀保溫），精餾塔里裝有高效填料（3×3θ環(huán)），汽液在精餾塔里進(jìn)行傳質(zhì)交換，進(jìn)入冷凝器的汽體經(jīng)冷凍水冷卻實(shí)現(xiàn)相變成為液體，液體物料經(jīng)回流比自動(dòng)控制，一部分回流回塔，一步分采出合格產(chǎn)品，根據(jù)物料組分情況依次采出各個(gè)餾分段，進(jìn)入到各個(gè)餾分接受罐（0.5L）里。整個(gè)操作過程，回流比人工設(shè)定，自動(dòng)控制；塔釜溫度采用自動(dòng)報(bào)警調(diào)節(jié)控制；塔節(jié)伴熱帶自動(dòng)控溫保溫控制；塔頂溫度數(shù)顯；閥門開啟采用手工現(xiàn)場(chǎng)操作。

2.原料組成

水4.5%，異丁醇40.32%，正丁醇20%，前餾分6.2%，重組分29%。

3.實(shí)驗(yàn)儀器分析

采用氣相色譜法分析產(chǎn)品中正丁醇和異丁醇的含量。儀器型號(hào)：GC-160型；載氣：氫氣；柱箱溫度：80℃，檢測(cè)溫度：230℃；進(jìn)樣量0.06ul；上海濟(jì)成分析儀器有限公司。

水分測(cè)定采用SF-3型微量水分測(cè)定儀，淄博博山海分儀器廠。

4.實(shí)驗(yàn)步驟

（1）向塔釜燒瓶內(nèi)加入少許沸石及 1000mL雜醇原料，接通塔頂冷凝器的自來水循環(huán)水。接通總電源及開啟控制面板開關(guān)，通過控制面板調(diào)整塔釜控制溫度及回流比等參數(shù)。

（2）當(dāng)塔釜溶液開始沸騰，塔頂出現(xiàn)回流液時(shí)，保持全回流，通過分水玻璃視鏡進(jìn)行分水，分水完畢后，全回流30min，待塔頂溫度、回流量相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，采取少量塔頂產(chǎn)品，分析其組成，直到采出含量≥99%的異（正）丁醇產(chǎn)品。

（3）變化實(shí)驗(yàn)控制條件，分析塔頂采出產(chǎn)品氣相色譜數(shù)據(jù)。

（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)束，停止加熱，切斷電源，待塔頂溫度降至室溫后，關(guān)閉循環(huán)冷卻水。

二、分析與討論

1.分水

塔釜溫度95℃，塔頂溫度65℃時(shí)，塔頂開始出現(xiàn)回流液體，分水視鏡中有大量水滴下沉，常壓狀態(tài)下分水時(shí)間一般為2h。當(dāng)塔釜溫度為123℃，塔頂溫度75.5℃左右時(shí)，分水完畢，全回流待塔內(nèi)形成穩(wěn)定的溫度梯度后，從塔頂取樣進(jìn)行含水量和氣相色譜組成分析。此時(shí)樣品含水量一般為0.36%，前餾分含量約51%，異丁醇含量約48%，正丁醇含量約0.2%，后餾分含量0。

2.控制塔釜溫度及塔釜-塔頂溫度梯度對(duì)分離提純的影響

圖1 塔釜溫度對(duì)塔頂采出前餾分中異丁醇含量的影響

升溫過程要嚴(yán)格控制塔釜升溫速度。如果塔釜升溫速度較快，采出前餾分時(shí)，塔釜溫度越高，采出的前餾分中異丁醇的含量越大，降低了異丁醇產(chǎn)品的收率，由圖1可見，塔釜溫度應(yīng)控制在120攝氏度比較合適。

當(dāng)塔頂-塔節(jié)2-塔節(jié)1-塔釜的溫度梯度為107.5℃→110℃→116℃→120℃并相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，塔頂采出異丁醇產(chǎn)品含量≥99%。當(dāng)塔頂溫度＞110℃時(shí)，異丁醇產(chǎn)品含量呈下降趨勢(shì)，正丁醇的含量呈上升趨勢(shì)。當(dāng)塔頂-塔節(jié)2-塔節(jié)1-塔釜溫度梯度為117℃→119℃→123℃→133℃并相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，塔頂采出正丁醇產(chǎn)品含量≥99%。

3.回流比對(duì)塔頂采出產(chǎn)品含量的影響

在采出含量≥99%的異丁醇產(chǎn)品前，首先分離原料中的前餾分（沸點(diǎn)低于異丁醇的產(chǎn)品）。保持塔釜溫度恒定，設(shè)定不同的回流比，由氣相色譜分析塔頂采出樣品中異丁醇產(chǎn)品的含量。

圖2 回流比與塔頂異丁醇產(chǎn)品含量的關(guān)系

增大回流比會(huì)使采出的前餾分中異丁醇的含量降低。由圖可見，本實(shí)驗(yàn)分離前餾分時(shí)最佳回流比為6:1，回流比大于6:1，對(duì)前餾分的分離效果影響不大，反而會(huì)造成一些輕組分的下移，影響分離效果。

當(dāng)塔頂異丁醇含量≥99%時(shí)，可以根據(jù)氣相色譜的分析數(shù)據(jù)適當(dāng)降低回流比，減少生產(chǎn)能耗。

三、結(jié)論

1.分水塔頂溫度不能太高，為65℃左右。

2.塔釜溫度要嚴(yán)格控制，采出前餾分時(shí)控制在120℃為宜。

3.分離前餾分的最佳回流比為6:1，塔頂異丁醇含量≥99%時(shí)，可根據(jù)氣相色譜數(shù)據(jù)適時(shí)調(diào)整回流比。

通過一次間歇填料精餾異丁醇收率可達(dá)70%以上,正丁醇可達(dá)60%以上,中間過渡組分可以采用回鍋處理的方式進(jìn)行再分離，實(shí)驗(yàn)損耗為1.7%左右，分離效果較好，為工業(yè)生產(chǎn)提供了有力的參考數(shù)據(jù)。

[1]程佳,姜春波丁醇生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀及市場(chǎng)分析［J］化學(xué)工業(yè).2007第25卷第10期.

[2]《實(shí)用精細(xì)化學(xué)品手冊(cè)》編寫組.實(shí)用精細(xì)化學(xué)品手冊(cè)有機(jī)卷(上).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1996:4692.

[3]化工百科全書編輯委員會(huì).化工百科全書.第三卷.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1993:543.