间歇精馏分离乙醇-DEM体系的研究

第25卷第8期计算机局发用化雩Vol. 25. No 82008年8月28日mputers and Applied ChemistryAugust 2008间歇精馏分离乙醇-DEM体系的研究林军,顾正桂,苏复,冯佳隹(南京师范大学化学与环境科学学院,江苏,南京,210097)摘要:为除去DEM粗产品中的少量乙醇获得高纯度DEM产品,测定乙醇DEM体系的汽液平衡数据采用间歇精馏法将体系分离精制。确定了精馏工艺条件,考査了原料组成、填料高度等因素对分离的影响,采用理论板数n≥28的填料蒸馏塔,当原料中乙醇含量等于2%时,产品DEM纯度可高于99.6%,回收率超过88%。为以后的工业装置设计及工业化生产提供了充足的实验依据关键词:DEM;间歇精馏;汽液平衡中图分类号:TQ028.1文献标识码:A文章编号:10014160(2008)08975977Study on the separation of ethanol-DEM system by distillationLin Jun, Gu Zhenggui, Su Fu and Feng JiajiaCollege of Chemistry and Environmental Science, Nanjing Normal University, Naning, 210097, Jiangsu, China)Abstract: Based on the determined vapor-liquid equilibrium of the ethanol-DEM system, the distillation process was adopted to sepa-rate ethanol from DEM. The experimental works was done to investigate the effects of the ratio of raw materials and height of packedtower, the one-way recovery rate of the final dEM product with the purity higher than 99. 6% and recovery rate exceeded 88%, whichprovided more reliable experimental data for the design and operation of industrial equipments.Key words: DEM, distillation, vapor- liquid equilibrLin J, Gu ZG, Su F and Feng JJ. Study on the separation of ethanol-DEM system by distillation. ComputApplied Chemistry, 2008, 25(8): 975-977二乙氧基甲烷( Diethoxymethane,DEM)具有独特的性平衡数据是蒸馏操作的理论基础,因此,作者首先测定乙醇质不但是有机合成中的溶剂、电池中的溶剂、燃料添加剂DEM体系的汽液平衡数据等还是有机反应的试剂,如乙氧甲基化试剂、甲醛的等价引用文献(所提供的改进型 Gillespie平衡釜测定汽液物羰基化作用的底物以及乙醇的来源等市场应用前景十平衡数据,分析设备采用SP800色谱仪及N2000色谱工作分良好。目前,其主要生产方法为酸催化法合成及氯霉素副站。产品分离,这两种方法得到的DEM粗产品中均含大量乙用移液管取一定量乙醇与DEM的混合物从测温口送入醇(40%~50%),由于乙醇DEM体系具有共沸点(乙醇釜内然后,打开恒温水槽及搅拌器待釜温及汽液两相组成42%-DEM58%,74.2℃),所以用普通精馏方法很难获取高稳定后(正常同流3h-4h),分别取汽相冷凝液和釜液分纯度DEM。本文作者采用丙三醇为萃取溶剂设计了液液析每相取3次样相对误差不超过05%,同时记录平衡时萃取结合精馏的分离工艺2-,可在萃取后获得组成为温度。改变原料中乙醇与DEM的配比重复以上过程即可9%-98%DEM2%-5%乙醇的粗产品,再间歇精馏,可获获得全浓度范围内的多组常压汽液平衡数据结果见表1。得99.5%以上的DEM产品,效果良好。精馏过程的理论基表中x为平衡后液相中乙醇的摩尔浓度,y1则为汽相础是汽液平衡研究本文首次测定乙醇DEM二元体系汽液中乙醇的摩尔浓度。由表中数据可绘制乙醇DEM体系xy平衡数据绘制该体系x-y相图,然后在玻璃蒸馏塔上做了相图,结果见图1多组实验,分析原料组成等因素对蒸馏结果的影响。表1图1可知,乙醇DEM体系的最低共沸点为74.2℃,此时乙醇和DEM的摩尔含量分别为0.421、0.579,1乙醇DEM体系的汽液平衡数据测定这和文献数据是一致的,说明测得的汽液平衡数据可信遍查文献均无乙醇DEM体系的汽液平衡数据,而汽液中国煤化工收稿日期:2007-10-21;修回日期:20071228CNMHG基金资助:江苏省普通高校自然科学研究计划资助项目07KD53014.作者简介:林军(1971-),男,副教授,博士,E-mal: linjun@nin,odu,cm976针算帆与用化2008,25(8)表1乙醇DEM体系常压汽液平衡数据2.2原料组成对实验结果的影响Table 1 Experimental VLE data for Ethanol-DEM system at 760 mmHg生产中,希望前馏分中尽量多含乙醇同时占塔顶总馏T(℃)Yu出物的比例尽量小。这需要在前馏分采出过程中控制较大87.60.0510.16814.905160.481的回流比,同时这也和所处理原料中的乙醇含量有关。作0.19175.20.6310.572者在其他条件不变的情况下,仅改变原料组成做了多组试86.10.0.2040.1120.25.90.7240.608验,结果见表2。表2原料组成对实验结果的影响Table 2 Effect of the ratio of raw materials on distillation result.0.21279.90.2250.34676.90.8230.Xr(℃)X179.30.2490.38177.10.8540.798012.560.370.13488.77.00.3170.40977.20.8880.8088015.640.930.14187.734187.50.9140.8814.017.231.674.20.4210.4217760.9400.8968019.918021.572.180.1981,61表中X6为原料乙醇含量、X,为前馏分中乙醇含量、X2为后馏分中乙醇含量(均为质量百分含量)T为操作控制临界温度点、R为前馏分与总物料质量比、为DEM回收率T=后馏分中DEM质量/原料中DEM质量*100%随着原料中乙醇含量上升,前馏分比例增高且产品(后馏分)DEM含量下降,当原料乙醇含量大于5%时,已很难用间歇蒸馏得到合格的DEM产品(要求≡98%),而且此时,DEM回收率下降,原料回收循环量增大。而当原料乙醇含Fig 1 VLE data of Ethnol-DEM system量等于2%时,DEM产品纯度高于99.6%,同时DEM超过图1乙醇DEM体系x相图88%。(见表2)2.3填料高度对实验结果的影响2乙醇-DEM体系间歇精馏实验以上试验均是在填料装填高度为1000mm情况下进行2.1实验过程(经标准体系校核,该填料等板高度为32mm),实验中,还观萃取后的组成为95%-98%DEM2%~5%乙醇的粗察了填料装填高度对试验结果的影响。用乙醇含量等于产品2”),由于其中乙醇含量已很低,已远小于其共沸组成2%的原料进料控制临界温度为80℃,改变填料装填高度(图1),所以可采用间歇蒸馏将其蒸去。做了多组试验结果见表3。采用文献所示的玻璃蒸馏塔将错流萃取后所得到的表3填料装填高度对实验结果的影响Table 3 Effect of the height of stuffing on distillation result.萃余相(95%~98%DEM、2%-5%乙醇)加入蒸馏塔塔釜中,开启电热套加热并控制温度,控制问流比R=3~5,塔顶H(mm)x2Rn(%)41,620.13884.80出料用容器接取并取样分析。试輪过程中发现,当塔顶温度7.640.14086.81超过75℃时,塔顶开始有物料采出,塔顶温度会在76℃9078℃停留一段时间,最初塔顶产品组成乙醇约为10%88.240%、DEM约为80%-90%,可以回收利用。随着塔顶温度135001290.370.129上升,其采出物中乙醇含量逐渐下降,当塔顶温度超过80℃表中H为填料装填高度,其余符号含义同表2。时,其采出物中乙醇含量已小于1%此后提高加热温度减随着填料装填升高后馏分中乙醇含理逐渐下降,DEM小回流比,将塔顶产品均作为DEM产品收集,直至将塔釜物回收率(%)逐渐上升,要满足工艺要求,填料装填高度需在料基本蒸干,则一个间歇蒸馏过程结束,可再在塔釜加料进900mm以上,此时,相当于理论板数n≥28。行下一过程。最终收集的DEM产品含量高于99.5%,且色泽纯净透明。中国煤化工乙醇DEM体系间歇精馏过程塔顶产品的采出可以分CNMHG的方法处理合成后2个阶段,一是塔顶温度≤80℃(临界温度点)的馏出物含的DEM租产品,本又的⊥作继窭针对液液萃取之后所得到定比例的乙醇,可回收称前馏分;二是塔顶温度高于的萃余相,其组分为DEM和少量乙醇,通过间歌蒸馏操作80℃的馏出物(后馏分),即为DEM产品。进一步精制,从而获得满足一定纯度要求的DEM产品,同时2008,25(8)林军等间歇精馏分离乙醇DEM体系的研究回收少量乙醇通过蒸馏操作在塔顶得到DEM产品,还可在jing Power College, 1999, 19(5): 35色泽净度上达到纯净透明的效果。7 John A. Dean Handbook of Organic Chemistry. McGrawHill Book本文测定乙醇DEM体系的汽液平衡数据,采用蒸馏方法将液液萃取的萃余液进一步精制。检查原料组成、填料高8 Gu ZG and Lin J. References efect on liquid-liquid separation forDEM and solvent. Computers and Applied Chemisty, 2005, 22等因素对分离的影响,采用理论板数n≥28的填料蒸馏塔当原料中乙醇含量等于2%时可以获得纯度高于9 Lin J and Gu ZG. Chemical Engineering and Technology,20,1299.6%的DEM产品,同时回收率超过88%。这部分实验为(1):38.以后的工业装置设计及工业化生产提供了充足的实验依据。中文参考文献References1张士英,吴达俊.二乙氧基甲烷的制备和应用.合成化学,1 Zhang SY and Wu DJ. Preparation and application of diethoxymeth1997,5(4):34.ane. Hecheng Huarue( China), 1997, 5(4): 344-347.2顾正桂,等.二乙氧基甲烷与乙醇水溶液的液液萃取模拟计2 Cu ZG, Song XD and Cai LN. Extraction modeling calculation of算.计算机与应用化学,2003,20(1):4DEM and ethanol aqueous. Computers and Applied Chemisty,3顾正桂,等.对甲苯磺酸催化合成二乙氧基甲烷的研究应用2003,20(1):40-42化学,2005,(12):1366-13683 Gu ZG, et al. Study on the synthesis of dEM using toluene-p-sulfo-4林军,等,DEM乙醇丙三醇体系液液平衡研究.南京师范大学nic acid as catalyst. Chinese J of Applied Chemistry, 2005,(12):学报,2005,5(2):71-74.5林军,等、DEM乙醇丙三醇体系错流萃取模拟计算.计算机与4 Lin J and Gu ZG. Study on LLE of joumal of DEM-ethanol-glycerin应用化学,2006,23(6):574-576system. Joumal of Nanjing Normal University, 2005, 5(2): 716林军,等.改进型 Gillespie平衡釜的应用.南京动力高等专科74.学校学报,1999,19(5):355 Lin J, Wang YR and Gu ZG. Simulation ofDEM-ethanol-glycerin system. Computers andaN衙8顾正柱,等外界因素对溶剂及DEM等液液分层的影响计算机与应用化学,2005,22(5):381-3832006,23(6):574-576.9林军,等.正己烷甲基环戊烷分离实验研究化学工业与工6 Lin J and Gu ZG. Apply of improved Gillespie still. Joumal of Nan-程,2000,12(1):38中国煤化工CNMHG