精餾技術(shù)在混合二甲苯分離研究中的應(yīng)用

楊玉敏，胡 潔，臧紅霞

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精餾技術(shù)在混合二甲苯分離研究中的應(yīng)用

楊玉敏，胡 潔，臧紅霞

（邢臺(tái)學(xué)院，河北邢臺(tái) 054001）

混合二甲苯主要是由對(duì)二甲苯、間二甲苯、鄰二甲苯和乙苯組成的混合物(簡(jiǎn)稱C8芳烴或C8餾分)。運(yùn)用精餾技術(shù)，采用實(shí)驗(yàn)室小型填料精餾塔進(jìn)行間歇精餾，通過控制塔頂溫度和回流比，將鄰二甲苯從混合二甲苯中分離出來，然后用氣相色譜儀對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，通過對(duì)數(shù)據(jù)處理找出最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件，為實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行鄰二甲苯的分離提供依據(jù)。結(jié)果表明：在實(shí)驗(yàn)設(shè)備允許條件下，控制塔頂溫度80 ℃，回流比為10∶1時(shí)，分離得到的鄰二甲苯的含量較高。

混合二甲苯；精餾技術(shù)；分離提純

混合二甲苯主要來源于催化重整、蒸汽裂解、甲苯歧化和煤焦油[1]，且各種同分異構(gòu)體都是重要的工業(yè)原料[2]，可廣泛應(yīng)用于各種有重要用途的醫(yī)藥產(chǎn)品、農(nóng)藥產(chǎn)品及特殊材料。近年來，混合二甲苯的分離技術(shù)是世界上一個(gè)非?；钴S的研究話題，有多種方法可以進(jìn)行，并有很好的發(fā)展勢(shì)頭。

混合二甲苯主要是由對(duì)二甲苯、間二甲苯、鄰二甲苯和乙苯組成的混合物(簡(jiǎn)稱C8芳烴或C8餾分)，工業(yè)上主要用作溶劑和汽油的摻合組分，資源利用率低。分離提純各異構(gòu)體，可進(jìn)一步制備成重要的中間體或化工產(chǎn)品，滿足社會(huì)的需求，而且分離后產(chǎn)品的價(jià)值得到極大的提高，有利于資源的優(yōu)化配置和綜合利用。鄰二甲苯是重要的有機(jī)化工原料和溶劑，絕大部分用于生產(chǎn)鄰甲基苯甲酸，苯酐[3-5]等。

混合二甲苯中各組分的沸點(diǎn)相差不多，各組分密度接近及沸點(diǎn)相差較小，如對(duì)二甲苯與乙苯的沸點(diǎn)差是2.16℃，對(duì)二甲苯與間二甲苯的沸點(diǎn)差是0.75℃，所以利用精餾技術(shù)很難將間、對(duì)、乙苯分離開來。相對(duì)來講，鄰二甲苯與間二甲苯的沸點(diǎn)差是5.3℃，在混合二甲苯分離工藝設(shè)計(jì)中，可以考慮利用傳統(tǒng)的精餾技術(shù)先將鄰二甲苯分離出來，再利用間二甲苯與對(duì)二甲苯、乙苯的堿度差，利用絡(luò)合萃取技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步分離。

本文嘗試?yán)镁s技術(shù)，采用實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模填料精餾塔，采用間歇精餾技術(shù)，通過控制塔頂溫度、控制回流比，可大大提高塔釜產(chǎn)品中鄰二甲苯的含量。為實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行鄰二甲苯的分離提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)儀器、藥品、材料及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

精餾塔（圖1所示）：塔內(nèi)徑D＝30 mm，塔內(nèi)填料層總高Z＝1.2 m（亂堆），填料為環(huán)，理論塔板數(shù)約60塊。

氣相色譜：Agilent 7890A氣相色譜儀（安捷倫科技有限公司）。

圖1 精餾儀器設(shè)備圖

1.2 實(shí)驗(yàn)藥品與材料

混合二甲苯（旭陽焦化有限公司提供），鄰二甲苯、間二甲苯、對(duì)二甲苯、乙苯、無水乙醇（以上藥品皆為分析純）

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

改變精餾回流比，在最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)條件下間歇精餾，將鄰二甲苯從混合二甲苯中分離，最后由氣相色譜儀所測(cè)的鄰二甲苯的含量作為評(píng)價(jià)依據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)步驟

2.1 混合二甲苯的組成測(cè)定

2.1.1 混合二甲苯來源及各組分物理性質(zhì)

本文所研究的混合二甲苯來源于焦化產(chǎn)品，其組成大致為50%間二甲苯、25%對(duì)二甲苯、10%鄰二甲苯、4%乙苯，以及其他雜質(zhì)[6]。C8芳烴各組分的物理性質(zhì)見表1，C8芳烴各組分揮發(fā)度見表2，C8芳烴各組分相對(duì)于鄰二甲苯的揮發(fā)度見表3[7]。

從表1中的數(shù)據(jù)看出C8芳烴各組分沸點(diǎn)很接近，從表2、3中看出各異構(gòu)體相對(duì)于鄰二甲苯的揮發(fā)度都大于1，理論上可以用精餾的方法從混合二甲苯中分離出鄰二甲苯。

表1 C8芳烴各組分的物理性質(zhì)

表2 C8芳烴各組分揮發(fā)度

表3 C8芳烴各組分相對(duì)于鄰二甲苯的揮發(fā)度

2.2 氣相色譜儀測(cè)定混合二甲苯組成

2.2.1 色譜測(cè)定條件

色譜柱：HP-innowax色譜柱（30 m×0.32 mm，0.25 μm），F(xiàn)ID檢測(cè)器，檢測(cè)溫度：300 ℃，載氣流量：30 mL/min，空氣流量：40 mL/min，尾氣流量：25 mL/min，分流比：215∶1[8-10]。

柱箱：在初始溫度為50 ℃下，保持1 min，升溫速率為0.5 ℃/min，溫度升至,70 ℃時(shí)，保持5 min，然后將升溫速率變?yōu)? ℃/min。溫度升至100 ℃時(shí)，保持5min，最后以5 ℃/min的速率升至230 ℃，保持5 min。

2.2.2 鄰二甲苯標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

取定量純鄰二甲苯，使純鄰二甲苯與乙酸乙酯的體積比分別為5%，9%，12%，15%，20%，并標(biāo)號(hào)為1到5，每次進(jìn)樣量為11μL。以鄰二甲苯與乙酸乙酯的質(zhì)量比為橫坐標(biāo)，以鄰二甲苯峰面積為縱坐標(biāo)，依據(jù)不同質(zhì)量比的鄰二甲苯有不同峰面積作圖，結(jié)果如圖2所示。

圖2 鄰二甲苯的標(biāo)準(zhǔn)曲線

由圖2知，峰面積對(duì)質(zhì)量比的線性回歸方程是：Y=5053.9X－13382，線性相關(guān)系數(shù)R2=0.9920，表明鄰二甲苯在質(zhì)量比為5.54%～18.03%時(shí)具有良好的線性關(guān)系。間二甲苯、對(duì)二甲苯、乙苯的標(biāo)準(zhǔn)曲線建立方法同上。

2.3 精餾操作步驟

打開冷卻水和塔頂放空閥，檢查塔釜的液位是否在液位計(jì)的2/3位置。打開電源及電加熱器開關(guān)，并將電流調(diào)大（順時(shí)針方向），待塔節(jié)溫度升上后，將電流調(diào)到略小。穩(wěn)定操作后，打開回流流量計(jì)閥門，開始回流操作，并打開產(chǎn)品流量計(jì)閥門開始出料（控制回流比小一些，以確保產(chǎn)品含量達(dá)到80%以上）至產(chǎn)品儲(chǔ)槽。

取樣：可通過啟閉產(chǎn)品槽及塔釜的對(duì)應(yīng)閥門，從塔頂、塔釜取樣口取樣分析。精心穩(wěn)定操作，每隔20～30 min分析一次產(chǎn)品，以確保產(chǎn)品質(zhì)量，并隨時(shí)檢查塔釜液位。

完成實(shí)驗(yàn)后，先關(guān)閉加熱電源，待塔節(jié)溫度降低后再關(guān)閉冷卻水閥。

3 結(jié)果與討論

3.1 混合二甲苯組成分析

混合二甲苯原料進(jìn)樣量為1 μL，按照2.2.1色譜條件運(yùn)行氣相色譜儀。所測(cè)混合二甲苯氣相圖譜如圖3。

圖3 混合二甲苯氣相圖譜

注：峰保留時(shí)間：乙苯9.635 min、對(duì)二甲苯10.316 min、間二甲苯10.277 min、鄰二甲苯11.303 min

從圖3知，本實(shí)驗(yàn)所用混合二甲苯的組成為4.4%乙苯、26.6%對(duì)二甲苯、46.0%間二甲苯、9.5%鄰二甲苯。

3.2 不同回流比對(duì)精餾結(jié)果的影響

在相同原料及相同進(jìn)料量條件下，研究回流比分別為5∶1、8∶1或10∶1時(shí)的精餾效果。操作穩(wěn)定后，取塔底產(chǎn)品，用氣相色譜儀測(cè)定，計(jì)算產(chǎn)品中鄰二甲苯的含量。

（1）回流比為5∶1的精餾氣相色譜圖見圖4，結(jié)果見表4。

注：峰保留時(shí)間：乙苯9.635 min、對(duì)二甲苯10.316 min、間二甲苯10.277 min、鄰二甲苯11.303 min。

表4 回流比為5∶1的精餾氣相色譜結(jié)果

從圖4及表4的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中看出，當(dāng)精餾回流比為5∶1，塔頂溫度升到80～81 ℃時(shí)，幾乎將原料中比鄰二甲苯輕的組分全部蒸出，塔釜產(chǎn)品鄰二甲苯的含量達(dá)到16.49%。

（2）回流比為8∶1的精餾氣相色譜圖見圖5，結(jié)果見表5。

圖5 回流比為8∶1的精餾氣相色譜圖

注：峰保留時(shí)間：乙苯9.635min、對(duì)二甲苯10.316min、間二甲苯10.277min、鄰二甲苯11.303min

表5 回流比為8∶1的精餾氣相色譜結(jié)果

從圖5及表5的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中看出，當(dāng)精餾回流比為8～1，塔頂溫度升到80～81 ℃時(shí)，塔釜產(chǎn)品鄰二甲苯的含量達(dá)到48.56%。

（3）回流比為10∶1的精餾氣相色譜圖見圖6，結(jié)果見表6。

圖6 回流比為10∶1的精餾氣相色譜圖

注：峰保留時(shí)間：乙苯9.635min、對(duì)二甲苯10.316min、間二甲苯10.277min、鄰二甲苯11.303min

表6 回流比為10∶1的精餾氣相色譜結(jié)果

從圖6及表6的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中看出，當(dāng)精餾回流比為10∶1，塔頂溫度升到80～81℃時(shí)，塔釜產(chǎn)品鄰二甲苯的含量達(dá)到54.91%。

從表4～6的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看，對(duì)同一批原料，隨著回流比的增大，塔釜產(chǎn)品鄰二甲苯的含量逐漸提高，且在回流比為(8～10)∶1時(shí)，鄰二甲苯含量為48%～54%。這說明在填料塔塔徑為Φ30 mm、填料高度為1.2 m時(shí)，控制回流比(8～10)∶1，用間歇精餾的方法，可以從混合二甲苯中分離出純度較高的鄰二甲苯。若回流比大于10∶1時(shí)，精餾結(jié)果會(huì)更佳，但由于該精餾塔的設(shè)計(jì)缺陷，最大可調(diào)回流比為10∶1，所以在此裝置下進(jìn)行精餾的最佳回流比為10∶1。

4 結(jié)論

通過該實(shí)驗(yàn)可知，運(yùn)用精餾技術(shù)采取間歇精餾方法，對(duì)于混合二甲苯，能在塔釡得到含量較高的鄰二甲苯。當(dāng)塔頂溫度到80～81℃時(shí)，當(dāng)回流比控制為(8～10)∶1時(shí)，所得鄰二甲苯的含量達(dá)到48%～54%。

本文的測(cè)定結(jié)果為實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行鄰二甲苯的分離提供了一些數(shù)據(jù)支持，如果能夠再次提升塔頂溫度，將可以進(jìn)一步提高塔釡中鄰二甲苯的含量。為精餾塔的改造以更好地分離混合二甲苯提供了一些重要的數(shù)據(jù)參數(shù)，鄰二甲苯可從混合二甲苯中通過精餾方法分離出來，為混合二甲苯的分離研究提供了研究基礎(chǔ)和方向。

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2014-11-08

邢臺(tái)市科技局科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目:焦化粗苯精制-混合二甲苯的分離及異構(gòu)化研究.項(xiàng)目編號(hào):2012ZC027; 邢臺(tái)學(xué)院校級(jí)科研項(xiàng)目: 煤焦油深加工技術(shù)-混合二甲苯的分離.項(xiàng)目編號(hào):XTXY11Y31

楊玉敏（1969-）,女,河北邢臺(tái)縣人,博士研究生,主要從事化工理論與分析技術(shù)的研究.

TQ522.62

A

1672-4658(2015)02-0184-04