共沸精餾技術研究及應用進展

共沸現象是指一定壓力下某一溶液沸騰時，溶液溫度、液相組成和汽相組成始終保持不變的現象。在混合時，混合物的共沸點高于或低于混合物中任一種組分沸點，分別稱為zui高共沸物或zui低共沸物。當出現共沸現象時，采用普通精餾方法無法達到分離的目的，此時我們可采用共沸精餾、萃取精餾或變壓精餾等特殊精餾方法。其中共沸精餾就是向待分離體系中加入新組分(共沸劑)，共沸劑能與原有體系中的一個或多個組分形成新的共沸物，且這種新共沸物的揮發度顯著地高于或低于原有各組分的揮發度，并且新共沸物中各組分的含量與原料液組成不同，可采用普通精餾方法予以分離。
1、共沸精餾的特點
(1)共沸精餾用的共沸劑必須與待分離組分的一個或多個形成共沸物，共沸劑的選擇范圍相對較??；
(2)共沸精餾的共沸劑大多數都從塔頂蒸出，消耗熱能較大，通常只有當與共沸劑形成共沸物的組分在原料中含量較少時，共沸精餾的操作才比較經濟；
(3)共沸精餾可用于連續操作也可用于間歇操作；
(4)在相同壓力下操作，共沸精餾的操作溫度較低，比其它精餾方式更適于分離熱敏性物料。
2、共沸精餾的分類
根據共沸劑與原組分形成的新共沸物是否能分離為不互溶的兩個液相，可將共沸精餾分為非均相共沸精餾和均相共沸精餾。與均相共沸精餾相比，非均相間歇共沸精餾 可以更加方便的控制回流比，具有設備簡單，通用性強的特點。
3、共沸劑的選擇
共沸劑的選擇 對共沸精餾分離過程的效果影響非常大 。國外對共沸劑的選擇有許多報道，都提出如何選擇共沸劑。根據溶液形成氫鍵的強弱將溶液分成5類，以各類液體混合后對拉烏爾定律的偏差作為選擇共沸劑的初步依據。
提出了完整的關于zui低及zui高共沸物和近沸點精餾中共沸劑的選擇方法。因此，共沸劑的選擇主要有以下幾個原則：
(1)至少與料液中一個或兩個(關鍵)組分形成兩元或三元zui低共沸物，而且希望此共沸物比料液中各純組分的沸點或原來的共沸點低10℃以上；一般來說，從塔頂餾出的二元或三元共沸物經過冷凝冷卻后，如果能形成非均相液體，則分離效率高，溶劑回收簡單；
(2)共沸物中共沸劑的相對含量少，即每份共沸劑能帶走較多的原組分，這樣共沸劑用量少，操作也較為經濟 ；
(3)共沸劑應易于回收和分離 ，不僅希望能夠形成非均相共沸物，減少分離共沸物的操作等；而且要便于回收重復利用；
(4)如果從回收塔頂部回收共沸劑，則共沸劑應具有較小的汽化潛熱，以節省能耗；
(5)共沸劑不能與原料的任一組分發生反應，具有熱穩定性好，廉價，毒性小，來源廣，腐蝕性小等特點。
4、共沸精餾技術的應用研究
用間歇共沸精餾分離乙酸乙酯和正己烷的混合物，實驗采用丙酮作為共沸劑，實驗結果表明：出現乙酸乙酯和正己烷zui高收率是在丙酮和正己烷質量比為1．15時，乙酸乙酯收率為73．89％ ，正己烷收率為75．15％ 。
用間歇共沸精餾法，采用乙酸異丙酯作為體系的共沸劑來分離乙二醇單甲醚一水混合物，實驗研究表明：調節共沸劑與水的質量比在2～2．5這一區間內，就能夠一次性回收90％ 以上乙二醇單甲醚的量。
使用Aspen Plus軟件對三氟化氮一四氟化碳共沸體系進行模擬，選用氯化氫作為共沸劑，簡單快捷的找到精餾操作的*參數，為實際生產提供參考。
采用醋酸乙烯酯為共沸劑，使用Aspen Plus軟件對共沸精餾分離炔醇一丁炔二醇一水進行了模擬計算，結果表明：使用Aspen軟件計算的結果和實際運行結果基本一致，而且用Aspen軟件優化了炔醇一水共沸精餾塔，產品純度達到99．5％ ，與此同時，塔頂冷凝器熱負荷降低8．6％ 。
認為生產對苯二甲酸中以PX作為共沸劑可以清除測流積累的PX，從而使過程更加的節能。
研究由于生產對苯二甲酸過程，少量的反應物對二甲苯和乙酸甲酯通過原料進入醋酸脫水系統，采用乙酸正丙酯作為共沸劑進行醋酸脫水和使用Uniquac對工業脫水過程進行分析；并采用Aspen軟件進行過程模擬，結果表明關鍵參數的結果吻合較好。此研究對實際生產過程的優化提供了理論數據。
為分離乙酸一水混合物，選用對二甲苯作為共沸劑；使用一個高5m、15塊塔板的精餾塔對此過程進行實驗。使用PRO／II模擬軟件進行模擬，模擬采用Uniquac活度系數模型，采用估計得到的數據一0．53作為塔板效率，實驗數據和軟件模擬比較得出：對二甲苯適合作為分離乙酸一水混合物的共沸劑。
刮研究以親水離子液體作為共沸劑對乙酸乙酯一乙醇共沸混合物進行分離，結果表明：親水離子液體[Amim]C1的分離效果，分離后乙酸乙酯純度能夠達到99．73％ 。
系統研究了分離異丙醇一水體系的過程，使用環己烷作為共沸劑，采用非均相共沸精餾工藝，提出的保持塔釜溫度曲線的穩定采用逆雙循環控制的方法，這一實用價值已經在動態模擬和實驗得到體現。
研究[OMIM]+[BF4]-、[EMIM]+[BF4]-、[EMIM]+[triflate]-和[BMIM]+[BF4]-四種液體作為共沸劑對乙酸乙酯一乙醇混合物的分離效果，結果表明：這四種液體對乙酸乙酯一乙醇混合物的分離效果良好且價格便宜，適于做這一體系的共沸劑。
提出了一個新的簡單方法共沸精餾分離吡啶和水混合物，這個方法只需要在每個塔的一個塔板溫度回路，避免傳統方法共沸劑進入塔底流體。