共沸精餾技術(shù)研究及應用進(jìn)展

共沸現象是指一定壓力下某一溶液沸騰時(shí)，溶液溫度、液相組成和汽相組成始終保持不變的現象。在混合時(shí)，混合物的共沸點(diǎn)高于或低于混合物中任一種組分沸點(diǎn)，分別稱(chēng)為zui高共沸物或zui低共沸物。當出現共沸現象時(shí)，采用普通精餾方法無(wú)法達到分離的目的，此時(shí)我們可采用共沸精餾、萃取精餾或變壓精餾等特殊精餾方法。其中共沸精餾就是向待分離體系中加入新組分(共沸劑)，共沸劑能與原有體系中的一個(gè)或多個(gè)組分形成新的共沸物，且這種新共沸物的揮發(fā)度顯著(zhù)地高于或低于原有各組分的揮發(fā)度，并且新共沸物中各組分的含量與原料液組成不同，可采用普通精餾方法予以分離。
1、共沸精餾的特點(diǎn)
(1)共沸精餾用的共沸劑必須與待分離組分的一個(gè)或多個(gè)形成共沸物，共沸劑的選擇范圍相對較??；
(2)共沸精餾的共沸劑大多數都從塔頂蒸出，消耗熱能較大，通常只有當與共沸劑形成共沸物的組分在原料中含量較少時(shí)，共沸精餾的操作才比較經(jīng)濟；
(3)共沸精餾可用于連續操作也可用于間歇操作；
(4)在相同壓力下操作，共沸精餾的操作溫度較低，比其它精餾方式更適于分離熱敏性物料。
2、共沸精餾的分類(lèi)
根據共沸劑與原組分形成的新共沸物是否能分離為不互溶的兩個(gè)液相，可將共沸精餾分為非均相共沸精餾和均相共沸精餾。與均相共沸精餾相比，非均相間歇共沸精餾 可以更加方便的控制回流比，具有設備簡(jiǎn)單，通用性強的特點(diǎn)。
3、共沸劑的選擇
共沸劑的選擇 對共沸精餾分離過(guò)程的效果影響非常大 。國外對共沸劑的選擇有許多報道，都提出如何選擇共沸劑。根據溶液形成氫鍵的強弱將溶液分成5類(lèi)，以各類(lèi)液體混合后對拉烏爾定律的偏差作為選擇共沸劑的初步依據。
提出了完整的關(guān)于zui低及zui高共沸物和近沸點(diǎn)精餾中共沸劑的選擇方法。因此，共沸劑的選擇主要有以下幾個(gè)原則：
(1)至少與料液中一個(gè)或兩個(gè)(關(guān)鍵)組分形成兩元或三元zui低共沸物，而且希望此共沸物比料液中各純組分的沸點(diǎn)或原來(lái)的共沸點(diǎn)低10℃以上；一般來(lái)說(shuō)，從塔頂餾出的二元或三元共沸物經(jīng)過(guò)冷凝冷卻后，如果能形成非均相液體，則分離效率高，溶劑回收簡(jiǎn)單；
(2)共沸物中共沸劑的相對含量少，即每份共沸劑能帶走較多的原組分，這樣共沸劑用量少，操作也較為經(jīng)濟 ；
(3)共沸劑應易于回收和分離 ，不僅希望能夠形成非均相共沸物，減少分離共沸物的操作等；而且要便于回收重復利用；
(4)如果從回收塔頂部回收共沸劑，則共沸劑應具有較小的汽化潛熱，以節省能耗；
(5)共沸劑不能與原料的任一組分發(fā)生反應，具有熱穩定性好，廉價(jià)，毒性小，來(lái)源廣，腐蝕性小等特點(diǎn)。
4、共沸精餾技術(shù)的應用研究
用間歇共沸精餾分離乙酸乙酯和正己烷的混合物，實(shí)驗采用丙酮作為共沸劑，實(shí)驗結果表明：出現乙酸乙酯和正己烷zui高收率是在丙酮和正己烷質(zhì)量比為1．15時(shí)，乙酸乙酯收率為73．89％ ，正己烷收率為75．15％ 。
用間歇共沸精餾法，采用乙酸異丙酯作為體系的共沸劑來(lái)分離乙二醇單甲醚一水混合物，實(shí)驗研究表明：調節共沸劑與水的質(zhì)量比在2～2．5這一區間內，就能夠一次性回收90％ 以上乙二醇單甲醚的量。
使用Aspen Plus軟件對三氟化氮一四氟化碳共沸體系進(jìn)行模擬，選用氯化氫作為共沸劑，簡(jiǎn)單快捷的找到精餾操作的*參數，為實(shí)際生產(chǎn)提供參考。
采用醋酸乙烯酯為共沸劑，使用Aspen Plus軟件對共沸精餾分離炔醇一丁炔二醇一水進(jìn)行了模擬計算，結果表明：使用Aspen軟件計算的結果和實(shí)際運行結果基本一致，而且用Aspen軟件優(yōu)化了炔醇一水共沸精餾塔，產(chǎn)品純度達到99．5％ ，與此同時(shí)，塔頂冷凝器熱負荷降低8．6％ 。
認為生產(chǎn)對苯二甲酸中以PX作為共沸劑可以清除測流積累的PX，從而使過(guò)程更加的節能。
研究由于生產(chǎn)對苯二甲酸過(guò)程，少量的反應物對二甲苯和乙酸甲酯通過(guò)原料進(jìn)入醋酸脫水系統，采用乙酸正丙酯作為共沸劑進(jìn)行醋酸脫水和使用Uniquac對工業(yè)脫水過(guò)程進(jìn)行分析；并采用Aspen軟件進(jìn)行過(guò)程模擬，結果表明關(guān)鍵參數的結果吻合較好。此研究對實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化提供了理論數據。
為分離乙酸一水混合物，選用對二甲苯作為共沸劑；使用一個(gè)高5m、15塊塔板的精餾塔對此過(guò)程進(jìn)行實(shí)驗。使用PRO／II模擬軟件進(jìn)行模擬，模擬采用Uniquac活度系數模型，采用估計得到的數據一0．53作為塔板效率，實(shí)驗數據和軟件模擬比較得出：對二甲苯適合作為分離乙酸一水混合物的共沸劑。
刮研究以親水離子液體作為共沸劑對乙酸乙酯一乙醇共沸混合物進(jìn)行分離，結果表明：親水離子液體[Amim]C1的分離效果，分離后乙酸乙酯純度能夠達到99．73％ 。
系統研究了分離異丙醇一水體系的過(guò)程，使用環(huán)己烷作為共沸劑，采用非均相共沸精餾工藝，提出的保持塔釜溫度曲線(xiàn)的穩定采用逆雙循環(huán)控制的方法，這一實(shí)用價(jià)值已經(jīng)在動(dòng)態(tài)模擬和實(shí)驗得到體現。
研究[OMIM]+[BF4]-、[EMIM]+[BF4]-、[EMIM]+[triflate]-和[BMIM]+[BF4]-四種液體作為共沸劑對乙酸乙酯一乙醇混合物的分離效果，結果表明：這四種液體對乙酸乙酯一乙醇混合物的分離效果良好且價(jià)格便宜，適于做這一體系的共沸劑。
提出了一個(gè)新的簡(jiǎn)單方法共沸精餾分離吡啶和水混合物，這個(gè)方法只需要在每個(gè)塔的一個(gè)塔板溫度回路，避免傳統方法共沸劑進(jìn)入塔底流體。