熊儒風(fēng)， 潘成橋， 張 弢

(沈陽(yáng)化工大學(xué) 遼寧省化工分離技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽(yáng) 110142)

甲苯和乙醇是重要的有機(jī)溶劑, 其混合物廣泛應(yīng)用在吡拉西坦片生產(chǎn)等醫(yī)藥及精細(xì)化工領(lǐng)域[1-2]。甲苯和乙醇在常壓下形成共沸[3]，普通精餾無(wú)法將其完全分離。萃取精餾作為一種特殊的精餾方法被廣泛應(yīng)用于共沸物的分離，萃取劑的選擇是萃取精餾的關(guān)鍵[4-6]。離子液體是一種新興的環(huán)境友好型萃取劑，除其蒸氣壓可以忽略不計(jì)外還具有低毒性、低腐蝕性和分子結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，特別是具有突出的分離能力[7-8]。

本文測(cè)定了常壓下甲苯+乙醇+三辛基甲基醋酸銨鹽([N8,8,8,1][OAC])離子液體的三元?dú)庖合嗥胶鈹?shù)據(jù)，并使用非隨機(jī)雙液體(NRTL)模型進(jìn)行擬合，得到相關(guān)模型參數(shù)，為萃取精餾分離甲苯-乙醇混合物提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑

甲苯、乙醇，w≥99%，中國(guó)國(guó)藥集團(tuán)有限公司；[N8,8,8,1][OAc]，w≥99%，蘭州雨陸精細(xì)化工有限公司。實(shí)驗(yàn)前將離子液體置于373 K和2 kPa的真空干燥箱中以去除易揮發(fā)組分和水。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置及測(cè)定方法

采用天津大學(xué)北洋化工實(shí)驗(yàn)設(shè)備公司CE-2型平衡釜進(jìn)行氣液相平衡實(shí)驗(yàn)[9]。將配好的一定濃度的混合溶液樣品加入氣液平衡釜內(nèi)加熱，控制氣相取樣口冷凝液回流速度在每秒3滴～4滴，當(dāng)體系溫度維持30 min不變時(shí)，可以認(rèn)為氣液兩相達(dá)到平衡狀態(tài)。記錄溫度，同時(shí)分別從氣相和液相取樣口取樣，測(cè)量各組分含量。乙醇和甲苯的含量通過(guò)一個(gè)連接頂空進(jìn)樣器(G1888 Network headspace sampler, agilent technologies)的氣相色譜(agilent GC7890A)測(cè)量，而離子液體含量通過(guò)稱重法測(cè)量。

2 結(jié)果及討論

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置可靠性檢驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)裝置可靠是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的前提，本文通過(guò)甲苯-乙醇二元?dú)庖合嗥胶鈹?shù)據(jù)與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的可靠性進(jìn)行評(píng)估。第6頁(yè)表1列出了甲苯-乙醇二元相平衡數(shù)據(jù)的測(cè)試結(jié)果，第6頁(yè)圖1顯示了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)數(shù)據(jù)[10-11]的比較。從圖1中可見(jiàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)值數(shù)據(jù)基本吻合。

圖1 在101.3 kPa下甲苯(1)+乙醇(2)二元物系的氣液相平衡數(shù)據(jù)

表1 isobaric vapor-liquid equilibrium(VLE)data for the binary system of toluene(1)+ethanol(2)at 101.3 kPa①

2.2 三元?dú)庖合嗥胶鈹?shù)據(jù)

用NRTL模型對(duì)第6頁(yè)表2中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，通過(guò)最小化平均相對(duì)偏差[第6頁(yè)方程(1)中的ARD]回歸得到模型的二元交互作用參數(shù)α和Δg，見(jiàn)第7頁(yè)表3。

表3 binary interaction parameters of NRTL model①

2.3 [N8,8,8,1][OAC]對(duì)氣液相平衡的影響

第7頁(yè)圖2為常壓下甲苯(1)+乙醇(2)+[N8,8,8,1][OAC](3)三元等壓氣液相平衡曲線。離子液體[N8,8,8,1][OAC]的加入對(duì)乙醇表現(xiàn)出很明顯的效應(yīng)，相平衡曲線和共沸點(diǎn)(曲線與對(duì)角線的交點(diǎn))均隨著[N8,8,8,1][OAC]的增加而向右移動(dòng)，[N8,8,8,1][OAC]的摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)到0.15時(shí)，共沸點(diǎn)完全消失。由NRTL模型關(guān)聯(lián)可知，[N8,8,8,1][OAC]的最小打破共沸的摩爾分?jǐn)?shù)是0.103 2。甲苯-乙醇的共沸被完全消除。由此可見(jiàn)，[N8,8,8,1][OAC]能夠作為萃取劑被用于分離甲苯-乙醇共沸體系。

圖2 101.3 kPa下甲苯(1)+乙醇(2)+[N8,8,8,1][OAC](3)三元等壓氣液相平衡曲線

相對(duì)揮發(fā)度也是反映分離劑分離能力的一個(gè)重要指標(biāo)，相對(duì)揮發(fā)度越大表示混合物體系越容易被分離，即分離劑的分離能力越強(qiáng)。圖3顯示了常壓下[N8,8,8,1][OAC](3)對(duì)甲苯(1)+乙醇(2)共沸物系相對(duì)揮發(fā)度的影響?？梢钥吹?，由于甲苯是重組分，因此當(dāng)共沸現(xiàn)象被消除時(shí)α12值小于1。且α12值越小，分離效果越好。當(dāng)[N8,8,8,1][OAC]的摩爾分?jǐn)?shù)為0.15和0.2時(shí)，甲苯-乙醇的共沸被完全消除。

圖3 effect of[N8,8,8,1][OAC](3)on the relative volatility of toluene(1)+ethanol(2)at 101.3 kPa

3 結(jié)論

測(cè)定了甲苯-乙醇-三辛基甲基醋酸銨鹽的[N8,8,8,1][OAC]三元體系在101.325 kPa下的氣液相平衡數(shù)據(jù)。[N8,8,8,1][OAC]的加入能夠提升甲苯對(duì)乙醇的相對(duì)揮發(fā)度，并能夠完全打破甲苯-乙醇混合共沸。通過(guò)NRTL模型關(guān)聯(lián)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，得到了模型中的二元交互作用參數(shù),通過(guò)NRTL模型計(jì)算出[N8,8,8,1][OAC]最小打破共沸的摩爾分?jǐn)?shù)為0.103 2。這些研究結(jié)果表明，[N8,8,8,1][OAC]可以用作萃取精餾分離甲苯-乙醇共沸體系的萃取劑被進(jìn)一步研究。