苯和环己烷的分离研究进展

丁淑娟

（宁夏工商职业技术学院，宁夏银川 750021）

苯（C6H6）在常温下呈现无色透明的液态，相对分子质量为78.11，沸点为80.1 ℃，熔点为5.5 ℃，相对密度为0.88。属于芳香烃家族，易挥发，不溶于水，与乙醇等有机溶剂互溶，结构上呈现正六边形状态。环己烷（C6H12）在常温下为无色有刺激性气味的液态，相对分子质量为84.16，沸点为80.7 ℃，熔点为6.50 ℃，相对密度为0.778～0.779，不溶于水，在结构上呈现折六边形的状态。根据甲苯和环己烷的物理特性，目前有多种分离方法，其关键内容就是分离剂的取得。

1 恒沸精馏技术和萃取精馏技术研究进展

1.1 恒沸精馏技术

苯和环己烷沸点相近，碳原子数相同，采用普通精馏方法很容易形成共沸物。恒沸精馏的过程是在体系中加入恒沸剂，产生二元或三元恒沸物，增大分离物之间的相对挥发度。恒沸剂的选择决定了蒸馏的技术性和经济性，要求新形成的恒沸物要便于分离，满足工业稳定、无毒、不腐蚀、经济易取的要求。这其中夹带剂量是关键因素，因此很多学者对此进行了研究。H·W·Anderson 等研究者选择了以甲苯为夹带剂，研究了蒸汽量、夹带剂量和组分分离效果之间的关系，其研究结果表明在一定条件下增加剂量对分离效果没有影响。Laroche 等以苯为夹带剂研究了乙醇和水的分离，在研究中发现了夹带剂量对相对挥发度的影响规律。朱旭荣的研究同样以苯为夹带剂，对异丙醇和水的分离问题进行了研究[2]。

1.2 萃取精馏技术

该技术是向分离塔顶连续加入高沸点添加剂，让液体混合物便于分离，萃取剂的沸点必须要高于所有分离物。Fredenslund 和Pransnitz 于1975 年提出了基团贡献法，通过该模型可以预测萃取剂的溶解度、蒸汽压、表面张力等因素。随着计算机技术的不断发展，现代研究已经逐步采用计算机算法计算最佳萃取剂，在仿真实验验证后，再通过实验室实验测定。G.S.Somekh选择四甘醇作为萃取剂，分离BTX 和非芳烃，研究结果显示该萃取剂具有回流比、降低能耗、提纯度高的特点。日本学者Min Su Ko 以NFM 作为萃取剂，采用NRTL 方程关联，测定了气液平衡数据。赵权宇等也对NFM 分离烷烃和芳烃的气液平衡数据进行了测定，在计算机模拟的基础上，得到基团CH2，同时还获取了ACH 与NFM 的相互作用参数，在研究上取得了一定的创新成果。祝石华同样以N-甲酰吗啉作为萃取剂，在其中加入助溶剂COS，结果表明，苯的回收率高达99.8 %，纯度大大提高[1]。Jilian Feldman 发现了用DCB作为萃取剂有低挥发性、低冰点、高选择性和高热稳定性的优势，DCB 还能用于液液萃取。胡秀英用苯酚作为萃取剂进行分离，实验结果显示苯酚能够提高挥发度差异。包力研究苯酚分离的最佳工艺参数：理论板数30 块，进料板处于23 块，回流比6.5，溶剂比2.2。Fu-Ming Lee 的实验显示，DPS 和3MSULF 在萃取中有很高的选择性，在DPS 中加入10 %的水能够降低沸点。王秀红选择γ-丁内酯为萃取剂，实验数据表明甲苯含量60 %以内，0.5：1～1：1 的溶剂比分离效果较好。张志刚采用NMP、DMSO、NMP+N，N-DMF 和N，N-DMF+DMSO 作为混溶溶剂，证明效果较好。加盐萃取是目前较新的研究进展，董红星等采用N，N-DMF 溶剂，加入KSCN，实验结果显示操作条件为KSCN 的量为13%，溶剂比为1：1 时分离效果最佳。王孝科的研究结果表明醋酸钾作为萃取剂时，含量为15 %，溶剂比为0.75：1时最佳。

2 吸附分离技术

吸附分离指的是将液态或者气体成分吸附在吸附剂的表面上，实现不同物质分离的目的。吸附剂的选择是一个关键的过程，目前该技术主要在实验室中进行，尚且没有进行推广。蒋福宏以X 型分子筛和Y 型分子筛进行分离，确定了最佳的工艺参数：13X 分子筛效果最佳，80 ℃最宜，适宜原料空速为1.5 h-1～2.25 h-1。杨彦强在其技术专利中提出了有效分离正异构混合烃中的正构烷烃的方法，利用液相模拟移动床进行分离[2]。Akira Takahashi 和Ralph T.Yang 的实验结果显示在苯和环己烷分离中Ag-Y 的效果明显要好于Na-Y 和Pd-Y、H-USY。Akira Takahashi 研究了π 络合剂，该综合剂对苯的吸附性比环己烷要高，最佳比为3.2：1。

3 膜分离技术

膜分离技术又叫渗透蒸发技术，液体在透过膜的过程中进行分离，因为液体在通过膜的过程中，通过率不同，所以可以采用该原理简便达到分离效果。离子膜分离技术在行业内最广泛和最有前景的一种技术，该技术能耗低、操作简易、原理易懂，不需要任何催化剂，是未来研究的主要发展方向。Katarzynski 研究了6FDA 型聚酰亚胺膜对脂肪族烃脱除单环、二环、三环芳烃的影响，在实验中测定了压力、温度、组分等各个因素，结果显示芳烃混合物150 ℃以上能够透过膜实现分离目的[3]。Cunha 的研究显示，聚氨酯膜在苯和正己烷分离中效果最佳，这为工业提纯打下了基础。Yamasaki 对PVA 的非对称膜和均质膜进行了研究，结果表明对称膜对苯的选择性要大得多。Yildirim 对PVC 的研究结果显示，在50 ℃条件下，含量分别为30 %和40 %，渗透性随着苯的含量增加而增加，选择性随着含量的增加而降低。他们的研究还表明，PEBA随着苯浓度的增加，渗透性增加，选择性降低。除了固膜之外，液膜也有着较为广泛的应用，Matsumoto 的实验研究了室温下利用离子液体支撑液膜，结果显示1-正丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐的选择性最大。冯浩的实验结果显示[Bmim]+，[4-Mebupy]+和[Emim]+的分离效果很好[4]。

4 液-液萃取分离

德国人Krupp-Kopper 研发了液-液萃取技术，从裂解汽油中提取高纯度芳烃，在大工业生产上实现了广泛应用。该技术的关键在于萃取剂的选择，在芳香烃和烷烃的分离过程中，根据萃取剂对分离性能的影响，确定最佳分离工艺。早在1954 年，George C.Johnson和Alfred W.Francis 就对单一萃取剂萃取进行了研究，结果表明二甘醇对苯和正庚烷混合物的分离效应较好。George W.Casseii 采用DMSO 分离苯和正己烷，在10 ℃、25 ℃和50 ℃条件下，其分离效果尚佳。M.Mohsen-Nia 研究了碳酸乙烯酯和DMSO 作为萃取剂的分离情况，结果表明，在298.15 K 和303.15 K 条件下，分离作用较好。U.K.Arun Kumar 和Ratan Mohan以糠醛作为萃取剂，结果表明低温的选择性大于高温的选择性。Gamil M.Radwan 采用DMF 和EG 作为萃取剂进行实验，实验表明含量比例在56 %和44 %时最佳。A.A.Gaile 的实验结果表明，三甘醇（38.4%）+环丁砜（57.5 %）+水（4.1 %）的比例选择性较佳。Haitham M.S.Lababidi 用PC 和DEG 进行研究，发现，15 %的二甘醇和1.5 的进料比效果最佳。姚春燕等研究糠醛加KSCN 的实验表明，正庚烷的分配率显著增加，将近5 倍之多。Emilio J.González 的分离结果表明，在298.15 K 和标压下，苯+环己烷的分配系数较高。离子液体分离存在的问题在于使用成本较高，因此在技术上还需要进一步改进。

5 结论

苯和环己烷的分离是石油化工产业的重大应用，传统分离方法一般是萃取精馏和恒沸精馏，但是有能耗较大的缺点。吸附分离是一种新型发展趋势，但是目前技术环节还需要进一步研发，尤其是高选择性吸附剂的工艺。液-液萃取工艺能够实现大规模生产，但是同样涉及到萃取剂的选择。膜分离技术在未来大有可为，只要选择合适的分离膜，提高膜的性能，在工业生产各个领域都能广泛应用，同时，加盐萃取法也有着它的优势和发展前景。