甲醇—醋酸甲酯的分离实验性能测定

韩金菲，郑 杰，陈 红，熊双喜

（台州学院医药化工学院，浙江 临海 317000）

甲醇是无色有酒精气味易挥发的液体，能溶于水和许多有机溶剂。主要用于合成纤维、甲醛、塑料、医药、农药、染料、合成蛋白质等工业生产，是一种基本的有机化工原料[1]。

工业生产的废液中含有大量的甲醇和醋酸甲酯的混合物，由于醋酸甲酯的低毒性，近年来常用作萃取溶剂。随着绿色化学的提出和发展，醋酸甲酯的合成工艺不断得以改善。所以甲醇和醋酸甲酯的分离和回收再利用的研究与开发十分活跃。

本实验中我们探研了全回流操作下不同塔釜加热温度与釜液浓度；部分回流中不同回流比、釜液浓度或添加萃取剂、盐等情况,获得有价值的可靠实验数据，并依靠计算机绘图技术绘出最佳的实验参数曲线图，为工业生产提供了回收甲醇和醋酸甲酯混合液的实验参数、为生产部门提供有实际意义的数据。

1 实验部分

1.1 实验塔器

本实验塔器是南京工业大学制造的萃取精馏塔，配套的有分馏头、电保温套、回流比控制器、各种控制仪表等(如图1)。内装填φ3θ网环(填料层高1.10 m）。

图 1 萃取精馏装置Fig.1 Extractive distillation column

1.2 药 品

甲醇,醋酸甲酯,无水氯化钙,环己烷均为化学纯。

1.3 实验分析条件

实验采用温岭市福立分析仪器公司 GC9790 型气相色谱，载气为氢气，柱为φ3 mm、壁厚0.5 mm、高2 000 mm 不锈钢填充柱。固定相为GDX-101 白色担体，老化温度200 ℃，最高使用温度230 ℃。热导检测，汽化室温度178 ℃，柱温125 ℃，检测室温度205 ℃，柱前压0.11 MPa，进样量0.5μL，应用软件为浙大 N2000 色谱工作站。

1.4 实验步骤

实验步骤如下：（1）全回流下操作，建立塔釜加热温度与塔釜浓度梯度，用色谱仪对塔顶馏分浓度分析确定。（2）全回流下操作，加热温度不变的情况下由不同塔釜浓度，用色谱仪对塔顶馏分浓度分析确定。（3）部分回流下操作，控制加热温度与塔釜浓度不变，在回流比不同肘;用色谱仪对塔顶馏分浓度分析确定。（4）部分回流下操作，测定塔顶馏分浓度与不同的塔釜液关系。（5）采用萃取精馏进行分离而盐析效应对萃取过程具有较大的影响，故在试验中通过添加盐来比较分析盐对试验的影响[2]。

2 结果与讨论

2.1 不同塔釜加热温度对精馏的影响

把配制不同的（10%，20%，40%，60%，80%）甲醇——醋酸甲酯混合溶液（用醋酸甲酯体积百分比配置）加入釜中，在以下加热温度范围（依次140，160，180，200，220 ℃）完成全回流操作，每次稳定五十分钟左右，取样进行色谱分析并测定回流液量。结果绘制塔顶醋酸甲酯的浓度与塔釜加热温度的曲线图（如图2）。

图2 塔釜液为20%时不同加热温度对精馏的影响Fig.2 Tap cauldron of change for the 20% return steam distillation of the impact of

实验结果：塔釜加热搭制温度的增大，为140～220 ℃之间时，醋酸甲酯的浓度增大，大于160℃以后，分离效果变化不＋分明显。可能是温度太高塔内醋酸甲酯分离量出现饱和等原因，再增加会出浓度下降的现象。所以确定为160 ℃最适合釜的加热温度。

2.2 不同的釜液浓度对分离效果的影响

固定釜加热温度为 160℃，对釜液浓度为（10%,20% ,40%,60% ,80%）在全回流下操作，待稳定后分别取样进行色谱分析，判断塔釜浓度对分离的影响（图3）。

图3 塔釜液浓度和塔顶浓度的关系Fig.3 Tap cauldron of change for the return steam distillation of the impact of

实验结果：釜液浓度的增加，顶液浓度的增加，综合考虑，确定选取塔釜浓度在20%至30%较适宣。

2.3 部分回流时不同回流比对精馏的影响

把25%甲醇——醋酸甲酯混合溶液（以醋酸甲酯的体积比配置）加入塔釜。待全回流稳定后，设定回流比 R（1.5︰1，2︰1，2.5︰1，3︰1，3.5︰1）,首先回流比在1.5︰1 操作，回流稳定1 h，取样对塔顶产品分析，并用计算机作出塔顶醋酸甲酯浓度与回流比曲线（图4）。

结果可知：回流比不断增加回流效率也增加，但醋酸甲酯的产量降低了，同时能耗也会增加，故可以确定选择3.5︰1 作为较适宜的回流比，工业生产还需要考虑重多因素来选择较理想的回流比。

图4 回流比改变对精馏的影响Fig.4 Tap The change of bottom’s liquid and tip’s density

2.4 萃取剂量在部分回流时对混合液分离效率影响

控制釜加热温度为160 ℃，回流比3.5︰1 的条件下，以甲醇—醋酸甲酯混合液中的醋酸甲酯体积比 20%的溶液为原料，以甲醇—醋酸甲酯体积比20%为进料液，萃取剂为水，在回流稳定有回流液时开始滴加水，在45 min 时进行取样分析,并做出萃取剂用量对分离效果的影响曲线（图5）。

图5 萃取剂(水)的量的改变对精馏的影响Fig.5 Extractant (water) volume change of the impact of distillation

由图5 可知，萃取剂的加入量对塔顶浓度有影响。本实验可认为添加170 mL 水较好。

2.5 部分回流时加盐萃取剂对混合物分离效率影响

在塔釜加热温度160 ℃，回流比3.5︰1 的条件下，以甲醇—醋酸甲酯体积比20%为进料液，配制0.08 g/mL 醋酸钾水溶液，分离出目标产品，以期达到简化流程，提高分离效率的目的,在回流稳定有回流液时开始滴加醋酸钾水溶液，在45 min 后取样分析，并做分离效果的影响曲线[3-5]（图6）。

由图6 可知，150 mL 时可达到较好的分离效果。

3 结 论

本实验通过甲醇—醋酸甲酯混合系统在填料精馏塔中分离条件的优化，确定了一些分离参数。

（1）得出在全回流下的最佳加热温控制为161℃、釜液浓度20%至30%、回流比为3.5︰1。

图6 醋酸钾水溶液的量对精馏的影响Fig.6 The amount of aqueous solution of potassium acetate on the impact of distillation

（2）部分回流得出最佳萃取剂的加入量为170 mL 水较好、醋酸钾水溶液在150 mL 时分离效果佳。

但所取数据是在本实验室的填料塔器中得出的，为工业废液中甲醇和醋酸甲酯分离的操作提供了参考。

［1］任立鹏.甲醇发展现状及方向[J].安徽化工, 2008,34(1):5-8.

［2］刘家祺.分离工积[M].北京：化学工业出版社, 2001.

［3］崔现宝, 杨志才, 冯天扬. 萃取精馏及进展[J]. 化学工程与工艺,2004, (04): 112-115.

［4］张清奎.钱万成.蒋维钥,等. 加盐萃取精馏的研究(Ⅲ)[J].石油化工,1984,13(1)：11-14.

［5］潘晓梅,肖国民,杨志才.盐效分离过程中选择盐的方法)[J].高校化学工程学报,2004,18(6):777-781.