乙醇-乙酸乙酯体系的间歇萃取精馏研究

张剑锋, 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 317000）

乙醇-乙酸乙酯体系的间歇萃取精馏研究

张剑锋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 317000）

在常规的间歇萃取精馏实验装置中，研究了以 N,N-二甲基酰胺（DMF）和二甲亚砜(DMSO)作萃取剂；在间歇萃取精馏塔中分离乙醇-乙酸乙酯体系的过程。对全回流时间、不同萃取剂、恒沸物组成、溶剂和混合物的体积比、加盐及加碱等因素考察，分析萃取精馏分离乙醇-乙酸乙酯共沸体系的影响，从而得出最佳的萃取条件。

间歇萃取精馏；乙酸乙酯；分离；萃取剂

乙醇沸点 78.3 ℃ 和乙酸乙酯沸点 77.06 ℃常压下可形成共沸物，共沸组成含乙醇 12%(wt,下同)、乙酸乙酯 88%，共沸温度为 71.8 ℃，由于乙醇-乙酸乙酯产生了最低恒沸物，体系的相对挥发度接近 1，用普通精馏无法分离得到纯组分，只能选用特殊精馏。分离共沸物的传统方法是萃取精馏法和共沸精馏法。由于共沸精馏法能耗较高，工业上一般优先采用萃取精馏法[1,2]。乙醇既是一种重要的有机化工原料，也是制药及精细化工中常见的溶剂，电子工业中的清洗剂；所以有着广泛的应用，研究较活跃；因此，本文选用N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和二甲亚砜 (DMSO)作溶剂对间歇萃取精馏分离乙醇-乙酸乙酯体系，对全回流时间、恒沸物组成、溶剂与混合物的体积比、加盐及加碱等因素的考察，分析了分离效率的影响并优化分离操作参数，得出最佳的萃取分离条件[3-6]。

1 实 验

1.1 仪器及化学试剂

仪器：萃取精馏塔见图 1（南京工业大学研制），填料为θ环不锈钢，填料层高 1 200 mm。GC9801型气相色谱仪（温岭市福立分析仪器公司），用 GD ×203 毛细管柱，载气为氢气，载气压强为 0.2 MPa，在恒定温度下进行分析。

化学试剂：无水乙醇、无水乙酸乙酯、N，N-二甲基甲酰胺(DMF) 、二甲亚砜 (DMSO) 、无水氢氧化钠，醋酸钾。均为化学纯

图 1 萃取精馏塔Fig.1 Extraction Distillation Column

1.2 实验方法

取乙醇 20%和乙酸乙酯 80%混合液 100 mL，按萃取剂与乙醇-乙酸乙酯的质量比为 1.5∶1 加入塔釜 500 mL 四口瓶中，加热塔釜至沸腾，全回流几小时后，在塔顶取样，用 GC9801 型气相色谱仪分析馏分的组成。取不同原料中组分的质量分数、不同萃取剂与原料比 (质量)、不问回流时间、加盐和碱的量，取得实验数据。

对不同萃取剂的分离实验数据、及回收情况进行相应的比较分析；从而选择出较好的萃取剂及最佳操作条件。

2 结果与讨论

2.1 全回流时间对萃取精馏的影响

固定分离条件：加热温度 200 ℃，原料中乙醇含量为 20%（质量），萃取剂 DMF 与原料质量比为 1.5 。在其他条件保持不变的情况下，考察了全回流时间对萃取精馏分离乙醇-乙酸乙酯塔顶馏分组成的影响。结果如图2所示。

图 2 全回流时间对采出样浓度的影响Fig. 2 Effect of Total Reflux Time for Recovery Sample Concentration

由图2看出，随着全回流时间的增加，塔顶样品的组成先快速增加再快速下降，当全回流时间到 1.5 h时，萃取精馏分离效果较好，，塔顶馏分组成最高，乙酸乙酯的组成为 82.50%。确定适宜时间为 1.5 h。

2.2 各种萃取剂萃取比较的研究

保持其他条件不变的情况下，考察了各种的萃取剂对萃取精馏分离乙醇-乙酸乙酯塔顶馏分组成的影响。结果如表 1。可以看出，对于乙醇-乙酸乙酯体系的分离，N，N-二甲基甲酰胺的萃取效果比二甲亚砜的萃取效果好，而混合萃取剂又比任何单一萃取剂的萃取效果好。在混合萃取剂中比较又可以发现 40%N，N-二甲基甲酰胺+二甲亚砜 60%的萃取效果比 60%N，N-二甲基甲酰胺+二甲亚砜 40 %的萃取效果好。所以选取的最优萃取剂为 40%N，N-二甲基甲酰胺+二甲亚砜 60%。

表 1 不同萃取剂的萃取效果对比Table 1 Effect of different Extractans for Extraction Comparison

2.3 不同原料组成对萃取分离因素的影响

保持其他条件不变的情况下，考察了不同原料组成对萃取分离乙醇-乙酸乙酯塔顶馏分组成的影响。结果如图3。

图 3 原料组成对采出样浓度的影响Fig.3 Effect of the Material Composition for Recovery Sample Concentration

由图3可知，乙醇含量不断的增加，塔顶馏分的组成不断增加，当乙醇含量升到 20%时，塔顶馏分组成升到最高。图 3 的证明，当乙醇从 20%再增加，乙酸乙酯的含量趋于一个比较稳定的数值 92%左右。这可能有多种原因，最可能是原料与萃取剂形成氢键，导致相对挥发度下降而分离效果下降。

2.4 加热温度不同对萃取分离的影响

保持其他条件不变的情况下，不同加热温度对萃取分离乙醇-乙酸乙酯的影响因素考了察，结果如图4。

图 4 加热温度对采出样浓度的影响Fig.4 Effect of the heating temperature for Recovery Sample Concentration

由图4可知，加热温度不断升高，塔顶馏分组成相应增加，当加热温度大于 150 ℃后组分的含量又随之减少，因此加热温度为 150 ℃时分离效果较好，乙酸乙酯的含量达 94%。

2.5 盐、碱对萃取分离的影响

保持其他条件不变的情况下，加盐加碱对萃取精馏分离乙醇-乙酸乙酯塔顶馏分组成的影响考察。结果如图 5。由图 5可看出，当原料中加入盐时，随着加入量的增加，塔顶馏分中乙酸乙酯的质量分率增加，萃取精馏分离效果变好，但是盐溶液会腐蚀设备，给生产带来不便。

图 5 加盐对采出样浓度的影响Fig.5 Effect of the Salt for Recovery Sample Concentration

图 6 加碱对采出样浓度的影响Fig.6 Effect of the Alkalize for Recovery Sample Concentration

所以在生产过程中可以根据产品纯度的要求适当的添加盐。由图6可以看出随着加碱量的增加塔顶馏分中乙酸乙酯的质量分率一直在减少，所以加碱不利与乙醇-乙酸乙酯的分离[7]。

3 结 论

（1）实验用 N，N-二甲基甲酰胺和二甲亚砜作萃取剂，分离乙醇-乙酸乙酯共沸物系有相当好的分离效果，并用GC对塔顶样品进行了分析。

（2）结果证明，在全回流时间为 1.5 h、乙醇在原料中浓度为 20， %、以 40，%N，N-二甲基甲酰胺+二甲亚砜 60，%混合萃取剂与原料液的质量比为 4，萃取精馏分离能力最好，乙酸乙酯浓度高达 95.58%。

（3）加适量盐有较好的分离效果，但盐溶液会腐蚀设备，分离盐不便。加碱对乙醇-乙酸乙酯的分离不行。

［1］刘家祺.分离过程 [M] 北京:化学工业出版社,2002-04.

［2］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.

［3］宋海华, 孙伟,王秀丽.萃取精馏溶剂选择的研究进展[J].化学工业与工程, 2002( 2): 83-88.

［4］雷志刚, 周荣琪, 叶坚强,等. 加盐反应萃取精馏分离醇水溶液[J].化学工业与工程, 2001, 18(5): 290-2948.

［5］段占庭, 雷良恒, 周荣琪. 加盐萃取精馏的研究, 用乙二醇醋酸钾制取无水乙醇[J]. 石油化工, 1980,9 (6):

［6］李红利,孙建哲.溶盐萃取精馏系统的特点及设计计算[J].宁夏大学学报(自然科学版) ,2003，19(2):15-18.

［ 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.

黑龙江长和化工：力争成为专业沥青中的龙头企业

中国证监会 4 月 22 日公布了最新 IPO 预披露名单，其中黑龙江长和化工股份有限公司拟深交所上市，黑龙江长和化工股份有限公司是公路、铁路、机场建设领域沥青材料供应商，主营业务包括各种改性沥青、乳化沥青等产品及相关设备的研发、生产、销售，以及不同等级道路的养护、维修。

申报稿显示，黑龙江长和化工将利用国家“十二五”发展规划中政府大力发展基础设施建设机遇，力争成为东北、西部、华北地区专业沥青行业中最具竞争力的龙头企业，公司将立足道路建设、市政建设市场，并逐步拓展高铁、机场及养护产品市场，并以改性沥青产业为基点，逐步向石油化工进行产业链的拓宽和发展。

Study on Batch Extractive Distillation of Ethanol- Ethyl Acetate System

ZHANG Jian-Feng1, YUAN Xu-hong2, HUANG Hai-Ming1, CHEN Hong1, YE Yu-yuan1, YOU Yu-Jing1, XIONG Shuang-xi1
（1. Department of Medical Chemistry, Taizhou University, Zhejiang Linhai 317000, China; 2. Taizhou Vocational & Technical College, Zhejiang Taizhou 318000, China）

In the conventional batch extractive distillation experimental device, the batch extractive distillation process of ethanol- ethyl acetate system by using N,N-dimethy formamide and dimethy sulphoxide as extracting agents was studied. Effects of total reflux time, extractant, azeotrope composition, volume ratio of solvent to mixture ,adding salt, adding alkali and other factors on the extractive distillation separation of ethanol- ethyl acetate system were investigated, then the best extractive distillation conditions were obtained .

Batch extractive distillation；Ethyl acetate；Separation；Extractant

TQ 028.31

： B文献标识码： 1671-0460（2014）07-1146-03

国家青年科学基金 ，项目号：21207095。

2014-04-25

张剑锋（1991-），男，浙江宁波人，研究方向: 产品分离。

陈红(1966-)，女；叶余原(1969-)，男；熊双喜(1953-), 男, 副教授, 湖南道县人。研究方向：分离工程。Eail-xsxi@tzc.edu.cn。