甲醇-丙酮体系的间歇萃取精馏研究*

王益辉，袁旭宏，黄海明，陈红，叶余原，尤玉静，熊双喜

（1.台州学院医药化工学院，浙江临海317000；2.台州职业技术学院生化系，浙江台州318000）

甲醇-丙酮体系的间歇萃取精馏研究*

王益辉1，袁旭宏2，黄海明1，陈红1，叶余原1，尤玉静1，熊双喜1

（1.台州学院医药化工学院，浙江临海317000；2.台州职业技术学院生化系，浙江台州318000）

在常规的间歇萃取精馏实验装置中，研究了以蒸馏水为萃取剂间歇萃取精馏分离甲醇-丙酮共沸物的过程。考察了萃取剂、全回流时间、共沸物组成、溶剂与混合物的体积比、加盐、加碱等因素对萃取精馏分离甲醇-丙酮共沸体系的影响，从而得出最佳的萃取条件。

间歇萃取精馏；甲醇；丙酮；分离；萃取剂

萃取精馏技术已有近60年的历程,它主要工艺特点是在普通精馏的基础上,添入第三组分-萃取剂（亦称溶剂）,使分离关键组分之间的相对挥发度增大,适用于分离共沸物或沸点相差微小的物系。因此,萃取精馏分离工艺广泛应用于化学工业、制药及精细化工生产中[1，2]；甲醇-丙酮体系在常压下可形成恒沸物，恒沸组成为丙酮88（wt）%及甲醇12（wt）%，此温度为55.5℃，相对挥发度接近1，只有优先采用萃取精馏法。甲醇和丙酮在化工、精细化工、医药和制药等领域都有相当广泛的应用，目前，开发及回收循环使用较多，有利于环境友好。

本实验采用的是间歇萃取精馏法，对甲醇-丙酮体系在常压下进行实验的探研，对全回流的时间、恒沸物组成、溶剂和混合物的体积比、加盐及碱等因素对分离能力的影响等作了考察,并在此基础上优化了分离参数,得出最佳的萃取分离条件。为相关生产单位的回收再循环利用提供一些可靠的实验数据[3，4]。

1 实验部分

1.1 原料及仪器

无水甲醇、无水丙酮、蒸馏水、无水NaOH、无水NaCl和KAc等。

由南京工业大学制造的全套萃取精馏塔装置见图1，包括控制部分、塔釜、塔体和塔顶分馏头等，选择填料为不锈钢θ环，塔填料层总高1150 mm；GC9801型气相色谱仪（温岭市福立分析仪器公司）。

分析条件：GD×203毛细管柱,TCD（热导）检测器。载气为H2，进样量4.0μL。在恒温下进行分析,载气压强为0.2MPa,柱箱温度为140℃,注样器温度为170℃,热导温度为180℃等。

图1 萃取精馏塔装置Fig.1 Extractive distillation column

1.2 实验方法

称取80g甲醇（20（wt）%）-丙酮（80（wt）%）和160 g的纯水混合液体,按照萃取剂与甲醇-丙酮的质量比为2∶1加入塔釜500mL四口瓶中,加热塔釜液至沸腾,全回流一定时间后，在塔顶采出样品,用气相色谱仪分析其样品的组成。改变原料中组分的质量分数、萃取剂与原料比（质量）、全回流时间及加入盐和碱等参数，重复上述实验。

最后，对不同萃取精馏操作的分离效果进行比较分析；优化出较好的萃取剂，取得最佳操作条件及参数。

2 结果与讨论

2.1 取样时间的确定

全回流时间对萃取精馏分离甲醇-丙酮塔顶馏分组成的影响（不加萃取剂水）。塔顶有馏出液后记时结果见表1。

表1 全回流时间对采出样浓度的影响Tab.1 Influence of totalReflux time for recovery sample concentration

由表1可知,当全回流时间在40～60min,都趋于一个比较稳定的值85（wt）%。确定50min为取样时间。

2.2 萃取剂与原料质量比对精馏的影响

在其他条件保持不变的情况下,萃取剂（水）与原料液质量比对萃取精馏分离甲醇-丙酮体系塔顶馏分组成影响的考察。结果见表2。

表2 萃取剂与原料质量比对采出样浓度的影响Tab.2 Influence of the concentration of extractant and raw materialmass ratio For Recovery Sample Concentration

由表2可知,在萃取剂质量比较小时,随着萃取剂质量比的增加,塔顶馏分的组成也随之增加,萃取精馏分离效果变好,当萃取剂质量比为4∶1时，塔顶馏分组成最高，2∶1后,继续增加萃取剂质量比,分离效果不明显，考虑能耗等因素，因此，萃取剂与原料质量比取2∶1即可。

2.3 原料组成对萃取精馏的影响

在其他条件保持不变的情况下,考察了原料组成对萃取精馏分离甲醇-丙酮体系塔顶馏分组成的影响考察。结果见表3。

表3 原料组成对采出样浓度的影响Tab.3 Influence ofmaterial composition for recovery samp le concentration

由表3可知，当原料中甲醇含量较少时，随着甲醇含量的增加,塔顶馏分中易挥发组分的组成也随之减少，20（wt）%继续增加原料中的甲醇含量，丙酮的含量趋于一个比较稳定的数值96（wt）%左右。因此，原料中甲醇含量在20（wt）%最适宜。

2.4 塔釜加热的温度改变对精馏的影响

在其他条件保持不变的情况下，加热温度对萃取精馏分离甲醇-丙酮的影响考察，结果见表4。

表4 加热温度对采出样含量和浓度的影响Tab.4 Influence of heating temperature for recovery sample content and concentration

由表4中可见，随着加热温度的上升,塔顶馏分中轻组分的含量也上升，140℃后加热温度的上升，轻组分的含量变化很少，因此，140～155℃最适宜。

2.5 加盐加碱与水对萃取精馏的影响

在其他条件保持不变的情况下,加盐加碱与水对萃取精馏分离甲醇-丙酮塔顶馏分组成的影响考察。0.09g·mL-1的醋酸钾水溶液装入塔顶计量槽，待回流液稳定后，从塔顶不断加入到萃取塔中进行全回流操作，结果见表5。

表5 KAc水溶液的量对精馏的影响Tab.5 The amount of solution of potassium acetate on the impactof distillation

由表5可看出，随着加入KAc水溶液亳升数上升，塔顶馏分中轻组分的含量也上升，115mL后再上升，轻组分的含量变化很少，因此，145mLKAc最适宜。

加碱对萃取精馏最终的采出样浓度基本没有影响[5-7]。

3 结论

（1）实验用水及0.09g·mL-1的KAc水溶液作萃取剂，分离甲醇-丙酮共沸物系具很好的分离能力，而0.09g·mL-1的KAc水溶液作萃取剂比水分离效果好，溶剂要少15mL，能耗会有所降低。

（2）得出在全回流的取样时间为50m L、甲醇在釜中浓度为20（wt）%、萃取剂与原料质量比为2∶1，0.09g·mL-1的KAc水溶液为145mL，加热温度为140～155℃，萃取精馏分离能力最好，丙酮浓度为97.56（wt）%，加碱基本没有效果。

（3）下一步工作重点是：继续对盐与萃取剂进行评选，进一步研究部分回流下的分离能力等，为生产单位提供更多的实验数据结。

［1］刘家祺.分离过程［M］北京:化学工业出版社,2002.

［2］任立鹏.甲醇发展现状及方向［J］.安徽化工，2008，34（1）:5-8.

［3］张志刚,徐世民,李鑫钢，等.间歇萃取精馏技术的研究进展［J］.化工进展,2004,23（9）：933-937.

［4］白鹏,邬慧雄,朱思强.分批萃取精馏技术的研究进展［J］.石油化工,2001,30（7）：563-566.

［5］孙健哲,陆晖.溶盐萃取精馏法制取无水乙醇［J］.宝鸡文理学院学报（自然科学版）,1994,（2）:12-14.

［6］Yaim H,Moszkowicz P,Otterbein M［J］.Comput Chem.Eng.,1994,18（11/12）:1057-1069.

［7］林军,顾正桂.加碱萃取精馏制取无水乙醇［J］.化学研究与应用,2004,16（2）：282-283.

Study on batch extractive distillation for methanol-acetone system*

WANG Yi-hui1，YUAN Xu-hong2，HUANG Hai-ming1，CHEN Hong1，YEYu-yuan1，YOU Yu-jing1，XIONG Shuang-xi1
（1.Department of Medical Chemistry,Taizhou University,Linhai 317000，China；2.Taizhou Vocational&Technical College, Taizhou 318000，China）

s：Themethanol-acetone azeotrope was separated by batch extractive distillation with distilled water as extracting agent.The effect of factors of extractant,total reflux time,azeotrope composition,volume ratio of solventand compound,saline and alkaline on batch extractive distillation azeotrope system was investigated.The best extraction conditions were obtained.

batch extractive distillation；methanol；acetone；separation；extractant

TO028.31

B

1002-1124（2014）07-0013-03

2014-05-07

国家青年科学基金项目（21207095）

王盗辉（1991-），男，浙江金华人，应届毕业生，研究方向：分离工程。

导师简介：熊双喜（1953-），男，副教授，湖南道县人。

叶余原（1969-），男，浙江人，硕士，副教授，主要从事药物合成。