乙醇-乙腈共沸物系分离方法的研究

杨建发，曾小琴，王泳方，王克良，杜廷召

(1.六盘水师范学院 化学与材料工程学院，贵州 六盘水 553004；2.中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司，河北 任丘 062552)

乙腈是一种重要的有机化工原料[1]，目前广泛应用于石油，药物，涂料和香料行业，未来乙腈的产能和需求量将不断扩大[2]。乙腈和乙醇在常压下形成共沸[3]，共沸温度为72.97℃，共沸混合物中乙腈含量为42.37%[4-5]。

分离共沸体系一直是精馏工艺重点研究部分，本文以乙醇-乙腈混合物为研究对象，通过Aspen Plus软件对该体系的气液相平衡数据进行计算，选出最优的物性方法，同时论证其萃取精馏与变压精馏的可行性。

1 物性方法选择

本文分别使用Wilson、NRTL及UNIQUAC三种热力学模型计算了乙醇-乙腈体系的气液平衡数据，以Compostizo A等[5]所报道的为计算的实验数据，对乙醇-乙腈体系的相平衡气相组成进行计算，将其与实验数据进行对比，相应的误差分析见表1。综合比较可知，Wilson模型平均误差最小，因此模拟中选用Wilson热力学模型。

表1 3种热力学模型的误差分析

2 萃取精馏可行性论述

2.1 萃取剂初选

本文综合考虑了分子量、沸点、密度等性质，初选环己醇、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、环丁砜4种常用萃取剂，其物理化学性质列于表2中。

表2 不同萃取剂的性质对比

2.2 相对挥发度数据

为了得到最佳的萃取剂，本文利用化工过程模拟软件Aspen Plus中的Analysis模块进行分析，分别用环己醇、DMF、NMP、环丁砜4种常见萃取剂对乙醇-乙腈体系全浓度范围内(摩尔分数)相对挥发度和选择性的影响进行考察，结果如表3和图1所示。

表3 4种不同萃取剂对乙醇-乙腈相对挥发度和选择性的影响

图1 4种不同萃取剂对乙醇-乙腈相对挥发度的影响图

Fig.1 The effect of four different extractants on the relative volatility of ethanol-acetonitrile

相对挥发度与1的偏离越大说明被分离体系越易分离，从表3和图1可以看出，4种萃取剂在乙醇-乙腈体系全浓度范围内均有大于1和小于1的部分，且对该体系的相对挥发度的影响十分近似，由此可知4种常见萃取剂均未消除此共沸体系的共沸点，因此此共沸体系可能不适用萃取精馏工艺进行分离。

3 变压精馏可行性的论述

本文通过化工流程模拟软件Aspen Plus对乙醇-乙腈共沸物系进行计算，考察了在不同压力下乙醇-乙腈共沸物系的摩尔共沸组成，计算结果列于表4中。

表4 在不同压力下乙醇-乙腈共沸物系的共沸组成(摩尔分数)

表4(续)

由表4可以看出压力的改变使得乙醇-乙腈体系的组成发生了显著变化。由于在适当压力范围内，共沸组成变化高于 5%(x)的物系[6-7]，即可考虑采用变压精馏的方法来分离。乙醇-乙腈共沸物系压力从0.5atm变化至1.0atm时，共沸组成变化14%(x)左右，因此，变压精馏工艺进行分离是可行的。

4 结论

(1)运用化工模拟软件Aspen Plus对乙醇-乙腈体系的气液平衡数据进行计算，筛选出最优的热力学模型为Wilson。

(2)对乙醇-乙腈共沸体系的分离方法进行研究，通过分析4种常见萃取剂的相对挥发度数据和不同压力下乙醇-乙腈共沸物系的摩尔共沸组成，得知变压精馏比萃取精馏更适合分离乙醇-乙腈共沸体系。