張劍鋒, 袁旭宏, 黃海明, 陳 紅, 葉余原,尤玉靜, 熊雙喜

（1. 臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院, 浙江 臨海 317000 ; 2. 臺(tái)州職業(yè)技術(shù)學(xué)院生化系, 浙江 臺(tái)州 317000）

乙醇-乙酸乙酯體系的間歇萃取精餾研究

張劍鋒1, 袁旭宏2, 黃海明1, 陳 紅1, 葉余原1,尤玉靜1, 熊雙喜1

（1. 臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院, 浙江 臨海 317000 ; 2. 臺(tái)州職業(yè)技術(shù)學(xué)院生化系, 浙江 臺(tái)州 317000）

在常規(guī)的間歇萃取精餾實(shí)驗(yàn)裝置中，研究了以 N,N-二甲基酰胺（DMF）和二甲亞砜(DMSO)作萃取劑；在間歇萃取精餾塔中分離乙醇-乙酸乙酯體系的過(guò)程。對(duì)全回流時(shí)間、不同萃取劑、恒沸物組成、溶劑和混合物的體積比、加鹽及加堿等因素考察，分析萃取精餾分離乙醇-乙酸乙酯共沸體系的影響，從而得出最佳的萃取條件。

間歇萃取精餾；乙酸乙酯；分離；萃取劑

乙醇沸點(diǎn) 78.3 ℃ 和乙酸乙酯沸點(diǎn) 77.06 ℃常壓下可形成共沸物，共沸組成含乙醇 12%(wt,下同)、乙酸乙酯 88%，共沸溫度為 71.8 ℃，由于乙醇-乙酸乙酯產(chǎn)生了最低恒沸物，體系的相對(duì)揮發(fā)度接近 1，用普通精餾無(wú)法分離得到純組分，只能選用特殊精餾。分離共沸物的傳統(tǒng)方法是萃取精餾法和共沸精餾法。由于共沸精餾法能耗較高，工業(yè)上一般優(yōu)先采用萃取精餾法[1,2]。乙醇既是一種重要的有機(jī)化工原料，也是制藥及精細(xì)化工中常見的溶劑，電子工業(yè)中的清洗劑；所以有著廣泛的應(yīng)用，研究較活躍；因此，本文選用N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和二甲亞砜 (DMSO)作溶劑對(duì)間歇萃取精餾分離乙醇-乙酸乙酯體系，對(duì)全回流時(shí)間、恒沸物組成、溶劑與混合物的體積比、加鹽及加堿等因素的考察，分析了分離效率的影響并優(yōu)化分離操作參數(shù)，得出最佳的萃取分離條件[3-6]。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 儀器及化學(xué)試劑

儀器：萃取精餾塔見圖 1（南京工業(yè)大學(xué)研制），填料為θ環(huán)不銹鋼，填料層高 1 200 mm。GC9801型氣相色譜儀（溫嶺市福立分析儀器公司），用 GD ×203 毛細(xì)管柱，載氣為氫氣，載氣壓強(qiáng)為 0.2 MPa，在恒定溫度下進(jìn)行分析。

化學(xué)試劑：無(wú)水乙醇、無(wú)水乙酸乙酯、N，N-二甲基甲酰胺(DMF) 、二甲亞砜 (DMSO) 、無(wú)水氫氧化鈉，醋酸鉀。均為化學(xué)純

圖 1 萃取精餾塔Fig.1 Extraction Distillation Column

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

取乙醇 20%和乙酸乙酯 80%混合液 100 mL，按萃取劑與乙醇-乙酸乙酯的質(zhì)量比為 1.5∶1 加入塔釜 500 mL 四口瓶中，加熱塔釜至沸騰，全回流幾小時(shí)后，在塔頂取樣，用 GC9801 型氣相色譜儀分析餾分的組成。取不同原料中組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、不同萃取劑與原料比 (質(zhì)量)、不問(wèn)回流時(shí)間、加鹽和堿的量，取得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

對(duì)不同萃取劑的分離實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、及回收情況進(jìn)行相應(yīng)的比較分析；從而選擇出較好的萃取劑及最佳操作條件。

2 結(jié)果與討論

2.1 全回流時(shí)間對(duì)萃取精餾的影響

固定分離條件：加熱溫度 200 ℃，原料中乙醇含量為 20%（質(zhì)量），萃取劑 DMF 與原料質(zhì)量比為 1.5 。在其他條件保持不變的情況下，考察了全回流時(shí)間對(duì)萃取精餾分離乙醇-乙酸乙酯塔頂餾分組成的影響。結(jié)果如圖2所示。

圖 2 全回流時(shí)間對(duì)采出樣濃度的影響Fig. 2 Effect of Total Reflux Time for Recovery Sample Concentration

由圖2看出，隨著全回流時(shí)間的增加，塔頂樣品的組成先快速增加再快速下降，當(dāng)全回流時(shí)間到 1.5 h時(shí)，萃取精餾分離效果較好，，塔頂餾分組成最高，乙酸乙酯的組成為 82.50%。確定適宜時(shí)間為 1.5 h。

2.2 各種萃取劑萃取比較的研究

保持其他條件不變的情況下，考察了各種的萃取劑對(duì)萃取精餾分離乙醇-乙酸乙酯塔頂餾分組成的影響。結(jié)果如表 1。可以看出，對(duì)于乙醇-乙酸乙酯體系的分離，N，N-二甲基甲酰胺的萃取效果比二甲亞砜的萃取效果好，而混合萃取劑又比任何單一萃取劑的萃取效果好。在混合萃取劑中比較又可以發(fā)現(xiàn) 40%N，N-二甲基甲酰胺+二甲亞砜 60%的萃取效果比 60%N，N-二甲基甲酰胺+二甲亞砜 40 %的萃取效果好。所以選取的最優(yōu)萃取劑為 40%N，N-二甲基甲酰胺+二甲亞砜 60%。

表 1 不同萃取劑的萃取效果對(duì)比Table 1 Effect of different Extractans for Extraction Comparison

2.3 不同原料組成對(duì)萃取分離因素的影響

保持其他條件不變的情況下，考察了不同原料組成對(duì)萃取分離乙醇-乙酸乙酯塔頂餾分組成的影響。結(jié)果如圖3。

圖 3 原料組成對(duì)采出樣濃度的影響Fig.3 Effect of the Material Composition for Recovery Sample Concentration

由圖3可知，乙醇含量不斷的增加，塔頂餾分的組成不斷增加，當(dāng)乙醇含量升到 20%時(shí)，塔頂餾分組成升到最高。圖 3 的證明，當(dāng)乙醇從 20%再增加，乙酸乙酯的含量趨于一個(gè)比較穩(wěn)定的數(shù)值 92%左右。這可能有多種原因，最可能是原料與萃取劑形成氫鍵，導(dǎo)致相對(duì)揮發(fā)度下降而分離效果下降。

2.4 加熱溫度不同對(duì)萃取分離的影響

保持其他條件不變的情況下，不同加熱溫度對(duì)萃取分離乙醇-乙酸乙酯的影響因素考了察，結(jié)果如圖4。

圖 4 加熱溫度對(duì)采出樣濃度的影響Fig.4 Effect of the heating temperature for Recovery Sample Concentration

由圖4可知，加熱溫度不斷升高，塔頂餾分組成相應(yīng)增加，當(dāng)加熱溫度大于 150 ℃后組分的含量又隨之減少，因此加熱溫度為 150 ℃時(shí)分離效果較好，乙酸乙酯的含量達(dá) 94%。

2.5 鹽、堿對(duì)萃取分離的影響

保持其他條件不變的情況下，加鹽加堿對(duì)萃取精餾分離乙醇-乙酸乙酯塔頂餾分組成的影響考察。結(jié)果如圖 5。由圖 5可看出，當(dāng)原料中加入鹽時(shí)，隨著加入量的增加，塔頂餾分中乙酸乙酯的質(zhì)量分率增加，萃取精餾分離效果變好，但是鹽溶液會(huì)腐蝕設(shè)備，給生產(chǎn)帶來(lái)不便。

圖 5 加鹽對(duì)采出樣濃度的影響Fig.5 Effect of the Salt for Recovery Sample Concentration

圖 6 加堿對(duì)采出樣濃度的影響Fig.6 Effect of the Alkalize for Recovery Sample Concentration

所以在生產(chǎn)過(guò)程中可以根據(jù)產(chǎn)品純度的要求適當(dāng)?shù)奶砑欲}。由圖6可以看出隨著加堿量的增加塔頂餾分中乙酸乙酯的質(zhì)量分率一直在減少，所以加堿不利與乙醇-乙酸乙酯的分離[7]。

3 結(jié) 論

（1）實(shí)驗(yàn)用 N，N-二甲基甲酰胺和二甲亞砜作萃取劑，分離乙醇-乙酸乙酯共沸物系有相當(dāng)好的分離效果，并用GC對(duì)塔頂樣品進(jìn)行了分析。

（2）結(jié)果證明，在全回流時(shí)間為 1.5 h、乙醇在原料中濃度為 20， %、以 40，%N，N-二甲基甲酰胺+二甲亞砜 60，%混合萃取劑與原料液的質(zhì)量比為 4，萃取精餾分離能力最好，乙酸乙酯濃度高達(dá) 95.58%。

（3）加適量鹽有較好的分離效果，但鹽溶液會(huì)腐蝕設(shè)備，分離鹽不便。加堿對(duì)乙醇-乙酸乙酯的分離不行。

［1］劉家祺.分離過(guò)程 [M] 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002-04.

［2］張志剛, 徐世民, 李鑫鋼,等.間歇萃取精餾技術(shù)的研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展, 2004, 23(9): 933-937.

［3］宋海華, 孫偉,王秀麗.萃取精餾溶劑選擇的研究進(jìn)展[J].化學(xué)工業(yè)與工程, 2002( 2): 83-88.

［4］雷志剛, 周榮琪, 葉堅(jiān)強(qiáng),等. 加鹽反應(yīng)萃取精餾分離醇水溶液[J].化學(xué)工業(yè)與工程, 2001, 18(5): 290-2948.

［5］段占庭, 雷良恒, 周榮琪. 加鹽萃取精餾的研究, 用乙二醇醋酸鉀制取無(wú)水乙醇[J]. 石油化工, 1980,9 (6):

［6］李紅利,孫建哲.溶鹽萃取精餾系統(tǒng)的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)計(jì)算[J].寧夏大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) ,2003，19(2):15-18.

［ 7］ 林 軍 ,顧 正 桂 .加 堿 萃 取 精 餾 制 取 無(wú) 水 乙 醇 [J].化 學(xué) 研 究 與 應(yīng)用,2004,16(2):282-283.

黑龍江長(zhǎng)和化工：力爭(zhēng)成為專業(yè)瀝青中的龍頭企業(yè)

中國(guó)證監(jiān)會(huì) 4 月 22 日公布了最新 IPO 預(yù)披露名單，其中黑龍江長(zhǎng)和化工股份有限公司擬深交所上市，黑龍江長(zhǎng)和化工股份有限公司是公路、鐵路、機(jī)場(chǎng)建設(shè)領(lǐng)域?yàn)r青材料供應(yīng)商，主營(yíng)業(yè)務(wù)包括各種改性瀝青、乳化瀝青等產(chǎn)品及相關(guān)設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售，以及不同等級(jí)道路的養(yǎng)護(hù)、維修。

申報(bào)稿顯示，黑龍江長(zhǎng)和化工將利用國(guó)家“十二五”發(fā)展規(guī)劃中政府大力發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)機(jī)遇，力爭(zhēng)成為東北、西部、華北地區(qū)專業(yè)瀝青行業(yè)中最具競(jìng)爭(zhēng)力的龍頭企業(yè)，公司將立足道路建設(shè)、市政建設(shè)市場(chǎng)，并逐步拓展高鐵、機(jī)場(chǎng)及養(yǎng)護(hù)產(chǎn)品市場(chǎng)，并以改性瀝青產(chǎn)業(yè)為基點(diǎn)，逐步向石油化工進(jìn)行產(chǎn)業(yè)鏈的拓寬和發(fā)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文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： 1671-0460（2014）07-1146-03

國(guó)家青年科學(xué)基金 ，項(xiàng)目號(hào)：21207095。

2014-04-25

張劍鋒（1991-），男，浙江寧波人，研究方向: 產(chǎn)品分離。

陳紅(1966-)，女；葉余原(1969-)，男；熊雙喜(1953-), 男, 副教授, 湖南道縣人。研究方向：分離工程。Eail-xsxi@tzc.edu.cn。