間歇精餾分離乙醇-DEM體系的研究

第25卷第8期計算機局發(fā)用化雩Vol. 25. No 82008年8月28日mputers and Applied ChemistryAugust 2008間歇精餾分離乙醇-DEM體系的研究林軍,顧正桂,蘇復,馮佳隹(南京師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,江蘇,南京,210097)摘要:為除去DEM粗產(chǎn)品中的少量乙醇獲得高純度DEM產(chǎn)品,測定乙醇DEM體系的汽液平衡數據采用間歇精餾法將體系分離精制。確定了精餾工藝條件,考査了原料組成、填料高度等因素對分離的影響,采用理論板數n≥28的填料蒸餾塔,當原料中乙醇含量等于2%時(shí),產(chǎn)品DEM純度可高于99.6%,回收率超過(guò)88%。為以后的工業(yè)裝置設計及工業(yè)化生產(chǎn)提供了充足的實(shí)驗依據關(guān)鍵詞:DEM;間歇精餾;汽液平衡中圖分類(lèi)號:TQ028.1文獻標識碼:A文章編號:10014160(2008)08975977Study on the separation of ethanol-DEM system by distillationLin Jun, Gu Zhenggui, Su Fu and Feng JiajiaCollege of Chemistry and Environmental Science, Nanjing Normal University, Naning, 210097, Jiangsu, China)Abstract: Based on the determined vapor-liquid equilibrium of the ethanol-DEM system, the distillation process was adopted to sepa-rate ethanol from DEM. The experimental works was done to investigate the effects of the ratio of raw materials and height of packedtower, the one-way recovery rate of the final dEM product with the purity higher than 99. 6% and recovery rate exceeded 88%, whichprovided more reliable experimental data for the design and operation of industrial equipments.Key words: DEM, distillation, vapor- liquid equilibrLin J, Gu ZG, Su F and Feng JJ. Study on the separation of ethanol-DEM system by distillation. ComputApplied Chemistry, 2008, 25(8): 975-977二乙氧基甲烷( Diethoxymethane,DEM)具有獨特的性平衡數據是蒸餾操作的理論基礎,因此,作者首先測定乙醇質(zhì)不但是有機合成中的溶劑、電池中的溶劑、燃料添加劑DEM體系的汽液平衡數據等還是有機反應的試劑,如乙氧甲基化試劑、甲醛的等價(jià)引用文獻(所提供的改進(jìn)型 Gillespie平衡釜測定汽液物羰基化作用的底物以及乙醇的來(lái)源等市場(chǎng)應用前景十平衡數據,分析設備采用SP800色譜儀及N2000色譜工作分良好。目前,其主要生產(chǎn)方法為酸催化法合成及氯霉素副站。產(chǎn)品分離,這兩種方法得到的DEM粗產(chǎn)品中均含大量乙用移液管取一定量乙醇與DEM的混合物從測溫口送入醇(40%~50%),由于乙醇DEM體系具有共沸點(diǎn)(乙醇釜內然后,打開(kāi)恒溫水槽及攪拌器待釜溫及汽液兩相組成42%-DEM58%,74.2℃),所以用普通精餾方法很難獲取高穩定后(正常同流3h-4h),分別取汽相冷凝液和釜液分純度DEM。本文作者采用丙三醇為萃取溶劑設計了液液析每相取3次樣相對誤差不超過(guò)05%,同時(shí)記錄平衡時(shí)萃取結合精餾的分離工藝2-,可在萃取后獲得組成為溫度。改變原料中乙醇與DEM的配比重復以上過(guò)程即可9%-98%DEM2%-5%乙醇的粗產(chǎn)品,再間歇精餾,可獲獲得全濃度范圍內的多組常壓汽液平衡數據結果見(jiàn)表1。得99.5%以上的DEM產(chǎn)品,效果良好。精餾過(guò)程的理論基表中x為平衡后液相中乙醇的摩爾濃度,y1則為汽相礎是汽液平衡研究本文首次測定乙醇DEM二元體系汽液中乙醇的摩爾濃度。由表中數據可繪制乙醇DEM體系xy平衡數據繪制該體系x-y相圖,然后在玻璃蒸餾塔上做了相圖,結果見(jiàn)圖1多組實(shí)驗,分析原料組成等因素對蒸餾結果的影響。表1圖1可知,乙醇DEM體系的最低共沸點(diǎn)為74.2℃,此時(shí)乙醇和DEM的摩爾含量分別為0.421、0.579,1乙醇DEM體系的汽液平衡數據測定這和文獻數據是一致的,說(shuō)明測得的汽液平衡數據可信遍查文獻均無(wú)乙醇DEM體系的汽液平衡數據,而汽液中國煤化工收稿日期:2007-10-21;修回日期:20071228CNMHG基金資助:江蘇省普通高校自然科學(xué)研究計劃資助項目07KD53014.作者簡(jiǎn)介:林軍(1971-),男,副教授,博士,E-mal: linjun@nin,odu,cm976針算帆與用化2008,25(8)表1乙醇DEM體系常壓汽液平衡數據2.2原料組成對實(shí)驗結果的影響Table 1 Experimental VLE data for Ethanol-DEM system at 760 mmHg生產(chǎn)中,希望前餾分中盡量多含乙醇同時(shí)占塔頂總餾T(℃)Yu出物的比例盡量小。這需要在前餾分采出過(guò)程中控制較大87.60.0510.16814.905160.481的回流比,同時(shí)這也和所處理原料中的乙醇含量有關(guān)。作0.19175.20.6310.572者在其他條件不變的情況下,僅改變原料組成做了多組試86.10.0.2040.1120.25.90.7240.608驗,結果見(jiàn)表2。表2原料組成對實(shí)驗結果的影響Table 2 Effect of the ratio of raw materials on distillation result.0.21279.90.2250.34676.90.8230.Xr(℃)X179.30.2490.38177.10.8540.798012.560.370.13488.77.00.3170.40977.20.8880.8088015.640.930.14187.734187.50.9140.8814.017.231.674.20.4210.4217760.9400.8968019.918021.572.180.1981,61表中X6為原料乙醇含量、X,為前餾分中乙醇含量、X2為后餾分中乙醇含量(均為質(zhì)量百分含量)T為操作控制臨界溫度點(diǎn)、R為前餾分與總物料質(zhì)量比、為DEM回收率T=后餾分中DEM質(zhì)量/原料中DEM質(zhì)量*100%隨著(zhù)原料中乙醇含量上升,前餾分比例增高且產(chǎn)品(后餾分)DEM含量下降,當原料乙醇含量大于5%時(shí),已很難用間歇蒸餾得到合格的DEM產(chǎn)品(要求≡98%),而且此時(shí),DEM回收率下降,原料回收循環(huán)量增大。而當原料乙醇含Fig 1 VLE data of Ethnol-DEM system量等于2%時(shí),DEM產(chǎn)品純度高于99.6%,同時(shí)DEM超過(guò)圖1乙醇DEM體系x相圖88%。(見(jiàn)表2)2.3填料高度對實(shí)驗結果的影響2乙醇-DEM體系間歇精餾實(shí)驗以上試驗均是在填料裝填高度為1000mm情況下進(jìn)行2.1實(shí)驗過(guò)程(經(jīng)標準體系校核,該填料等板高度為32mm),實(shí)驗中,還觀(guān)萃取后的組成為95%-98%DEM2%~5%乙醇的粗察了填料裝填高度對試驗結果的影響。用乙醇含量等于產(chǎn)品2”),由于其中乙醇含量已很低,已遠小于其共沸組成2%的原料進(jìn)料控制臨界溫度為80℃,改變填料裝填高度(圖1),所以可采用間歇蒸餾將其蒸去。做了多組試驗結果見(jiàn)表3。采用文獻所示的玻璃蒸餾塔將錯流萃取后所得到的表3填料裝填高度對實(shí)驗結果的影響Table 3 Effect of the height of stuffing on distillation result.萃余相(95%~98%DEM、2%-5%乙醇)加入蒸餾塔塔釜中,開(kāi)啟電熱套加熱并控制溫度,控制問(wèn)流比R=3~5,塔頂H(mm)x2Rn(%)41,620.13884.80出料用容器接取并取樣分析。試輪過(guò)程中發(fā)現,當塔頂溫度7.640.14086.81超過(guò)75℃時(shí),塔頂開(kāi)始有物料采出,塔頂溫度會(huì )在76℃9078℃停留一段時(shí)間,最初塔頂產(chǎn)品組成乙醇約為10%88.240%、DEM約為80%-90%,可以回收利用。隨著(zhù)塔頂溫度135001290.370.129上升,其采出物中乙醇含量逐漸下降,當塔頂溫度超過(guò)80℃表中H為填料裝填高度,其余符號含義同表2。時(shí),其采出物中乙醇含量已小于1%此后提高加熱溫度減隨著(zhù)填料裝填升高后餾分中乙醇含理逐漸下降,DEM小回流比,將塔頂產(chǎn)品均作為DEM產(chǎn)品收集,直至將塔釜物回收率(%)逐漸上升,要滿(mǎn)足工藝要求,填料裝填高度需在料基本蒸干,則一個(gè)間歇蒸餾過(guò)程結束,可再在塔釜加料進(jìn)900mm以上,此時(shí),相當于理論板數n≥28。行下一過(guò)程。最終收集的DEM產(chǎn)品含量高于99.5%,且色澤純凈透明。中國煤化工乙醇DEM體系間歇精餾過(guò)程塔頂產(chǎn)品的采出可以分CNMHG的方法處理合成后2個(gè)階段,一是塔頂溫度≤80℃(臨界溫度點(diǎn))的餾出物含的DEM租產(chǎn)品,本又的⊥作繼窶針對液液萃取之后所得到定比例的乙醇,可回收稱(chēng)前餾分;二是塔頂溫度高于的萃余相,其組分為DEM和少量乙醇,通過(guò)間歌蒸餾操作80℃的餾出物(后餾分),即為DEM產(chǎn)品。進(jìn)一步精制,從而獲得滿(mǎn)足一定純度要求的DEM產(chǎn)品,同時(shí)2008,25(8)林軍等間歇精餾分離乙醇DEM體系的研究回收少量乙醇通過(guò)蒸餾操作在塔頂得到DEM產(chǎn)品,還可在jing Power College, 1999, 19(5): 35色澤凈度上達到純凈透明的效果。7 John A. Dean Handbook of Organic Chemistry. McGrawHill Book本文測定乙醇DEM體系的汽液平衡數據,采用蒸餾方法將液液萃取的萃余液進(jìn)一步精制。檢查原料組成、填料高8 Gu ZG and Lin J. References efect on liquid-liquid separation forDEM and solvent. Computers and Applied Chemisty, 2005, 22等因素對分離的影響,采用理論板數n≥28的填料蒸餾塔當原料中乙醇含量等于2%時(shí)可以獲得純度高于9 Lin J and Gu ZG. Chemical Engineering and Technology,20,1299.6%的DEM產(chǎn)品,同時(shí)回收率超過(guò)88%。這部分實(shí)驗為(1):38.以后的工業(yè)裝置設計及工業(yè)化生產(chǎn)提供了充足的實(shí)驗依據。中文參考文獻References1張士英,吳達俊.二乙氧基甲烷的制備和應用.合成化學(xué),1 Zhang SY and Wu DJ. Preparation and application of diethoxymeth1997,5(4):34.ane. Hecheng Huarue( China), 1997, 5(4): 344-347.2顧正桂,等.二乙氧基甲烷與乙醇水溶液的液液萃取模擬計2 Cu ZG, Song XD and Cai LN. Extraction modeling calculation of算.計算機與應用化學(xué),2003,20(1):4DEM and ethanol aqueous. Computers and Applied Chemisty,3顧正桂,等.對甲苯磺酸催化合成二乙氧基甲烷的研究應用2003,20(1):40-42化學(xué),2005,(12):1366-13683 Gu ZG, et al. Study on the synthesis of dEM using toluene-p-sulfo-4林軍,等,DEM乙醇丙三醇體系液液平衡研究.南京師范大學(xué)nic acid as catalyst. 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