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《工業(yè)中醋酸與水的分離》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、水-醋酸的分離水-醋酸的分離醋酸是一種重要的有機化工原料,廣泛地應用于基本有機合成、醫(yī)藥、染料、香料、農(nóng)藥等行業(yè)。長期以來,醋酸/水體系的分離問題一直受到人們的重視。這不僅是因為醋酸在各類工業(yè)生產(chǎn)中應用的廣泛性,同時也是因為研究醋酸/水的分離對于化工分離、化工環(huán)保等學科的發(fā)展具有重要作用。醋酸/水雖然不形成恒沸物,但二者的相對揮發(fā)度不大。目前生產(chǎn)中采用的普通精餾和共沸精餾工藝存在著能耗較高的問題,因此無論是研究者,還是工業(yè)界,都在尋求更好的分離方法。國內(nèi)外研究醋酸水溶液的分離方法很多,主要有精餾法、萃取法、酯化法、中和法、吸附法、膜分離法等,以及各種方法的聯(lián)合
2、。1．醋酸/水分離方法概述1．1 精餾法1.1.1普通精餾法醋酸與水不形成共沸物,可采取普通精餾法,塔底得到醋酸。但由于二者沸點接近,相對揮發(fā)度不大,且屬于高度非理想物系。因此,要得到高純的醋酸,采用普通精餾需要很多的塔板和很大的回流比(回流比高達20~30),這將耗費大量蒸汽,其經(jīng)濟效果差,故一般不采用。該法主要用于含水量小的粗醋酸的提純。1.1.2共沸精餾法[1]共沸精餾是指在兩組分共沸液或揮發(fā)度相近的物系中加入挾帶劑,由于它能與原料中的一個或幾個組分形成新的兩相恒沸液,增大相對揮發(fā)度,因此,原料液能用普通精餾法進行分離。共沸精餾的操作過程是:挾帶劑和原料
3、液一起進入共沸精餾塔,在塔中水隨挾帶劑蒸出,經(jīng)冷卻后與挾帶劑分層分離,挾帶劑返回塔中,水與溶解的挾帶劑分離后排放。在塔釜即可得到醋酸產(chǎn)品。由于共沸精餾是選擇低沸點的挾帶劑,共沸精餾時挾帶劑隨水從塔頂蒸出,因此其加入量應嚴格控制,以減少過程中的能耗。采用共沸精餾法時,一般要求醋酸含量較高(質量分數(shù)w=80%),挾帶劑組成穩(wěn)定。因共沸精餾挾帶劑的存在,使得醋酸與水的相對揮發(fā)度增大,因此分離所需的塔板數(shù)和回流比降低,能耗也相應地較普通精餾低。然而,目前常用的幾種挾帶劑還不甚理想,挾帶劑的配比也較難控制。常用的挾帶劑有乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、三氯三氟甲烷、環(huán)己烷
4、、正戊酸乙酯、乙酸甘油酯、己醚、二異丙醚/苯、乙酸乙酯/苯等。1.1.3萃取精餾法[2]萃取精餾是向精餾系統(tǒng)中加入某種高沸點的溶劑(通常稱為萃取劑)后,往往會顯著增大組分之間的相對揮發(fā)度,使分離變得容易進行。萃取精餾法在化學工業(yè)中的應用愈來愈廣泛,通常用于分離沸點相近或是有共沸點的物系。流程見圖1,主要設備為萃取精餾塔、溶劑回收塔,溶劑與重組分自萃取精餾塔底部引出,送入溶劑回收塔。萃取精餾溶劑選擇的主要依據(jù)是尋求分離物系的最大的選擇度,其優(yōu)化過程是研究開發(fā)復合、新型的溶劑或具有多重作用的單一溶劑,例如,可以向溶劑中加水、加鹽、加絡合作用的鹽及其它能改善選擇度的
5、物質。萃取精餾法可以處理的醋酸溶濃度范圍較大(30%~80%),流程簡單,塔板少。1.2萃取法[3]按萃取劑沸點的高低(與醋酸的沸點比較),萃取法可分為低沸點萃取法和高沸點萃取法。低沸點萃取劑有低分子量的酯、醇、醚、酮;高沸點萃取劑有含磷萃取劑和有機胺萃取劑,如三辛基氧磷(TOPO)、磷酸三丁酯(TBP)、環(huán)己酮、三辛胺。其中三辛基氧磷、磷酸三丁酯[4]效果較好。圖2所示的低沸點溶劑萃取法是采用液液萃取先將醋酸濃縮至w=50%左右,然后再用共沸精餾進一步濃縮。低沸點溶劑萃取法雖然分配比不大,但應用廣泛,主要因為這類溶劑與醋酸容易分離,該法適宜處理濃度較高的醋酸
6、溶液。當被處理液的醋酸含量低于5%時,采用高沸點萃取法的經(jīng)濟效益更明顯。1.3酯化法酯化法[5]是向10%~30%的醋酸水溶液中加入甲醇或乙醇,在無機酸的催化下發(fā)生酯化反應。由于酯與水的沸點相差較大,酯容易揮發(fā),可以采用普通精餾方法將其蒸出后再水解回收,得到醋酸和醇。如果醋酸廢水中含有無機酸,那么酯化法就可以降低回收成本,并且可以避免產(chǎn)生二次污染。例如肉豆蔻酸甲酯經(jīng)溴化后,再經(jīng)過Ullman反應可得到治療肝炎的聯(lián)苯雙酯,工藝過程產(chǎn)生的廢水含醋酸和溴化氫,其中醋酸濃度為10%左右。采用如圖3的酯化工藝[6],廢水中醋酸的回收率為90%左右,酯化產(chǎn)物中酯含量約為8
7、0%?；厥沾姿岷?塔釜廢水中的溴化氫能以溴或溴化氫的形式回收。1.4中和法[7]美國新澤西州的CPC化學公司的Urbas等人提出的中和法工藝步驟如下：⑴采用碳酸鈣來調節(jié)發(fā)酵液酸度,形成乙酸鈣溶液；⑵將三丁胺或二環(huán)己基甲胺一類的叔胺碳酸鹽加入到溶液中,形成碳酸鈣沉淀和叔胺乙酸鹽溶液,分離出碳酸鈣沉淀,循環(huán)使用；⑶采用三氯甲烷作為萃取劑,濃縮叔胺乙酸鹽溶液,三氯甲烷蒸餾回收；⑷加熱叔胺乙酸鹽溶液,得到乙酸和叔胺,將藝生產(chǎn)的醋酸質量分數(shù)可達90%以上。喻新平[8]用三辛胺萃取醋酸廢水中的醋酸,加入白云石灰乳反萃,制得環(huán)保型除冰劑醋酸鈣鎂鹽(CMA),采用該法處理稀醋
8、酸,工藝簡單、醋酸利用率高。王敏[18
