加鹽DMF對(duì)萃取精餾分離C4的影響-清華大學(xué)化學(xué)工程系

#加鹽 萃取精餾分離雷志剛口周榮琪段占庭（清華大學(xué)化工系,北京100084）關(guān)鍵詞加鹽萃取精餾相對(duì)揮發(fā)度中圖分類號(hào)引言組分是由含有四個(gè)碳原子的丁烷、丁烯、丁二烯和炔烴等分子所組成的混合物。其中丁二烯是合成橡膠的重要單體用途十分廣泛。由于各組分之間的沸點(diǎn)很接近,用普通的精餾方法將丁二烯從中分離出來(lái)幾乎是不可能的。文獻(xiàn)中報(bào)道的分離生產(chǎn)丁二烯最具競(jìng)爭(zhēng)力的方法是萃取精餾法。萃取精餾最大的弱點(diǎn)是溶劑比大,大溶劑量降低了塔的生產(chǎn)能力和塔板效率,抵消了由于加入溶劑后提高相對(duì)揮發(fā)度使所需塔板數(shù)減少的效果。所以降低溶劑比,提高溶劑分離能力,對(duì)整個(gè)過(guò)程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要的影響。目前常用的溶劑是:乙腈C 甲基砒咯烷酮 、二甲基甲酰胺【）其中和可以通過(guò)加入一定量的水來(lái)提高各組分之間的相對(duì)揮發(fā)度。而 由于強(qiáng)烈地水解作用,不能與水混用,因此希望能夠找到另一種物質(zhì)對(duì)之進(jìn)行改性,提高它的選擇性。抽提溶劑改性不僅僅對(duì)于丁二烯的生產(chǎn)具有現(xiàn)實(shí)意義而且對(duì)于烴類體系的萃取精餾分離同樣也具有重要的參考和推廣價(jià)值。因?yàn)檩腿【s分離烷烴、烯烴、二烯烴和炔烴等烴類體系,其微觀機(jī)理都是一致的。烷烴沒(méi)有飽和鍵,烯烴有雙鍵,二烯烴有共軛雙鍵,炔烴有叁鍵。所以烷烴分子沒(méi)有流動(dòng)的電子云,烯烴分子上的一對(duì)電子具有可流動(dòng)性,二烯烴分子上的二對(duì)電子具有更大的流動(dòng)性,炔烴分子叁鍵上的二對(duì)電子具有很大的流動(dòng)性,因此當(dāng)加入極性溶劑時(shí)與它們的吸叮998-11-25收到初稿，1999-03-02收到修改稿.引力不同。電荷的流動(dòng)性愈大,和極性分子的吸引力也就愈大。所以極性溶劑對(duì)烴類揮發(fā)性的增加程度是不同的,從而用萃取精餾的方法可以將它們有效地分離開來(lái)。本文采用加鹽的方式以達(dá)到提高相對(duì)揮發(fā)度的目的。溶劑中加鹽增強(qiáng)分離效果的例子在無(wú)水乙醇的生產(chǎn)中已被成功地使用過(guò)【】這里對(duì)體系作進(jìn)一步地推廣。1實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分的主要內(nèi)容是測(cè)定組分分別在純和加鹽溶劑中無(wú)限稀釋情況下的相對(duì)揮發(fā)度a8。測(cè)定方法選用惰性氣流抽提法實(shí)驗(yàn)裝置如圖°ij圖惰性氣流抽提法測(cè)定a8實(shí)驗(yàn)裝置圖

ij實(shí)驗(yàn)主要計(jì)算公式聯(lián)系人及第一作者:雷志剛，男，25歲.Y8p0ln(A/A)a8=—i——i_= io i_ijY8p0ln(A/A)jj j0j峰面積A可以用氣相色譜測(cè)定出來(lái)。由上式可知用于計(jì)算a8的公式簡(jiǎn)單、i ij物理量少且容易準(zhǔn)確得到所以這樣求得的a8比較可靠。ij實(shí)驗(yàn)用 由燕山石化合成橡膠廠提供。溶劑 為分析純。鹽為硫氰酸鈉分析純并經(jīng)脫水處理以確保不含結(jié)晶水。抽提惰性氣體為高純氮。首先測(cè)定了℃時(shí)組分在純 中無(wú)限稀釋時(shí)的相對(duì)揮發(fā)度實(shí)測(cè)值與文獻(xiàn)值符合良好【5】,證明實(shí)驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)可靠。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果不同溫度下 組分分別在純 和加鹽中無(wú)限稀釋時(shí)的相對(duì)揮發(fā)度的測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表°可以明顯地看出加鹽 比之純 分離 效果好。表不同溫度下 組分分別在 和加鹽中無(wú)限稀釋時(shí)的相對(duì)揮發(fā)度

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W實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)相對(duì)揮發(fā)度aYP0一—一其中p0可由系數(shù)Y用i那么對(duì)于溶劑ijYp0jj模型。蒸汽壓方程求得液相活度模型的相互作用參數(shù)和如果不進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)測(cè)值與計(jì)算值的平均相對(duì)誤差達(dá)7。處3理%方法是參數(shù)的來(lái)源參考文獻(xiàn)【6~7】，并采用阻尼最小二乘法回歸后結(jié)果見(jiàn)表2。表2修訂的基團(tuán)相互作用參數(shù)回歸結(jié)果表明對(duì)于溶劑 實(shí)測(cè)值與計(jì)算值的平均相對(duì)誤差為模型的準(zhǔn)確性大大提高。工藝計(jì)算分別以和加鹽為溶劑的抽提工藝過(guò)程對(duì)抽提的第一萃取精餾塔作工藝計(jì)算模擬?；亓鞅扔啥鞯挛榈?方程確定然后在保持塔內(nèi)溶劑濃度不變的情況下,確定溶劑流量。其余的物流量和操作條件均參考現(xiàn)行的以 為溶劑的抽提工藝過(guò)程。在精餾模型中維里狀態(tài)方程求解組分標(biāo)準(zhǔn)逸度 方程計(jì)算活度系數(shù)塔的計(jì)算采用三對(duì)角矩陣法解 基本方程組。兩種情形下的第一萃取精餾塔的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。表3第一萃取精餾塔再沸器、冷凝器熱負(fù)荷的比較Table3Comparisonofthedutyontheextractivedistillationcolumrefluxratfilowratedouftyonthdeutyonsolventreboilercondens^ 第一萃取精餾塔工藝計(jì)算的結(jié)果表明使用加鹽可以有效地節(jié)省能耗、物耗。溶劑用量節(jié)省10.5再%沸,器和冷凝器負(fù)荷節(jié)省17.和58%.0因%此,對(duì)現(xiàn)行的生產(chǎn)工藝具有重要的參考價(jià)值。3結(jié)論惰性氣流抽提法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明加鹽 比純 從組分中分離丁二烯的效果明顯。丁二烯萃取精餾塔工藝計(jì)算的結(jié)果表明使用加鹽 可以有效地節(jié)省能耗。再沸器和冷凝器比之純 分別節(jié)省負(fù)荷 和0溶劑加鹽對(duì) 法抽提的主要工藝過(guò)程不產(chǎn)生影響，因此具有較強(qiáng)的實(shí)用性。(4本)工作的重要意義還在于,對(duì)于分離非極性或弱極性體系,如果是采用萃取精餾的方法,那么溶劑加鹽為提高分離能力提供了一條可以借鑒的思路。參考文獻(xiàn)1蘭化合成橡膠廠.石油化工技術(shù),1974,(3):402TakaoS.HydroProc,1966,45(11):1513KleinH,WeitzHM.HydroProc,19684段占