楊玉敏,胡 潔,臧紅霞
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精餾技術(shù)在混合二甲苯分離研究中的應(yīng)用
楊玉敏,胡 潔,臧紅霞
(邢臺學(xué)院,河北邢臺 054001)
混合二甲苯主要是由對二甲苯、間二甲苯、鄰二甲苯和乙苯組成的混合物(簡稱C8芳烴或C8餾分)。運用精餾技術(shù),采用實驗室小型填料精餾塔進行間歇精餾,通過控制塔頂溫度和回流比,將鄰二甲苯從混合二甲苯中分離出來,然后用氣相色譜儀對產(chǎn)品進行檢測,通過對數(shù)據(jù)處理找出最優(yōu)實驗條件,為實驗室進行鄰二甲苯的分離提供依據(jù)。結(jié)果表明:在實驗設(shè)備允許條件下,控制塔頂溫度80 ℃,回流比為10∶1時,分離得到的鄰二甲苯的含量較高。
混合二甲苯;精餾技術(shù);分離提純
混合二甲苯主要來源于催化重整、蒸汽裂解、甲苯歧化和煤焦油[1],且各種同分異構(gòu)體都是重要的工業(yè)原料[2],可廣泛應(yīng)用于各種有重要用途的醫(yī)藥產(chǎn)品、農(nóng)藥產(chǎn)品及特殊材料。近年來,混合二甲苯的分離技術(shù)是世界上一個非?;钴S的研究話題,有多種方法可以進行,并有很好的發(fā)展勢頭。
混合二甲苯主要是由對二甲苯、間二甲苯、鄰二甲苯和乙苯組成的混合物(簡稱C8芳烴或C8餾分),工業(yè)上主要用作溶劑和汽油的摻合組分,資源利用率低。分離提純各異構(gòu)體,可進一步制備成重要的中間體或化工產(chǎn)品,滿足社會的需求,而且分離后產(chǎn)品的價值得到極大的提高,有利于資源的優(yōu)化配置和綜合利用。鄰二甲苯是重要的有機化工原料和溶劑,絕大部分用于生產(chǎn)鄰甲基苯甲酸,苯酐[3-5]等。
混合二甲苯中各組分的沸點相差不多,各組分密度接近及沸點相差較小,如對二甲苯與乙苯的沸點差是2.16℃,對二甲苯與間二甲苯的沸點差是0.75℃,所以利用精餾技術(shù)很難將間、對、乙苯分離開來。相對來講,鄰二甲苯與間二甲苯的沸點差是5.3℃,在混合二甲苯分離工藝設(shè)計中,可以考慮利用傳統(tǒng)的精餾技術(shù)先將鄰二甲苯分離出來,再利用間二甲苯與對二甲苯、乙苯的堿度差,利用絡(luò)合萃取技術(shù)進行進一步分離。
本文嘗試利用精餾技術(shù),采用實驗室小規(guī)模填料精餾塔,采用間歇精餾技術(shù),通過控制塔頂溫度、控制回流比,可大大提高塔釜產(chǎn)品中鄰二甲苯的含量。為實驗室進行鄰二甲苯的分離提供依據(jù)。
1.1 實驗儀器
精餾塔(圖1所示):塔內(nèi)徑D=30 mm,塔內(nèi)填料層總高Z=1.2 m(亂堆),填料為環(huán),理論塔板數(shù)約60塊。
氣相色譜:Agilent 7890A氣相色譜儀(安捷倫科技有限公司)。
圖1 精餾儀器設(shè)備圖
1.2 實驗藥品與材料
混合二甲苯(旭陽焦化有限公司提供),鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯、乙苯、無水乙醇(以上藥品皆為分析純)
1.3 實驗方法
改變精餾回流比,在最優(yōu)的實驗條件下間歇精餾,將鄰二甲苯從混合二甲苯中分離,最后由氣相色譜儀所測的鄰二甲苯的含量作為評價依據(jù)。
2.1 混合二甲苯的組成測定
2.1.1 混合二甲苯來源及各組分物理性質(zhì)
本文所研究的混合二甲苯來源于焦化產(chǎn)品,其組成大致為50%間二甲苯、25%對二甲苯、10%鄰二甲苯、4%乙苯,以及其他雜質(zhì)[6]。C8芳烴各組分的物理性質(zhì)見表1,C8芳烴各組分揮發(fā)度見表2,C8芳烴各組分相對于鄰二甲苯的揮發(fā)度見表3[7]。
從表1中的數(shù)據(jù)看出C8芳烴各組分沸點很接近,從表2、3中看出各異構(gòu)體相對于鄰二甲苯的揮發(fā)度都大于1,理論上可以用精餾的方法從混合二甲苯中分離出鄰二甲苯。
表1 C8芳烴各組分的物理性質(zhì)
表2 C8芳烴各組分揮發(fā)度
表3 C8芳烴各組分相對于鄰二甲苯的揮發(fā)度
2.2 氣相色譜儀測定混合二甲苯組成
2.2.1 色譜測定條件
色譜柱:HP-innowax色譜柱(30 m×0.32 mm,0.25 μm),F(xiàn)ID檢測器,檢測溫度:300 ℃,載氣流量:30 mL/min,空氣流量:40 mL/min,尾氣流量:25 mL/min,分流比:215∶1[8-10]。
柱箱:在初始溫度為50 ℃下,保持1 min,升溫速率為0.5 ℃/min,溫度升至,70 ℃時,保持5 min,然后將升溫速率變?yōu)? ℃/min。溫度升至100 ℃時,保持5min,最后以5 ℃/min的速率升至230 ℃,保持5 min。
2.2.2 鄰二甲苯標準曲線的繪制
取定量純鄰二甲苯,使純鄰二甲苯與乙酸乙酯的體積比分別為5%,9%,12%,15%,20%,并標號為1到5,每次進樣量為11μL。以鄰二甲苯與乙酸乙酯的質(zhì)量比為橫坐標,以鄰二甲苯峰面積為縱坐標,依據(jù)不同質(zhì)量比的鄰二甲苯有不同峰面積作圖,結(jié)果如圖2所示。
圖2 鄰二甲苯的標準曲線
由圖2知,峰面積對質(zhì)量比的線性回歸方程是:Y=5053.9X-13382,線性相關(guān)系數(shù)R2=0.9920,表明鄰二甲苯在質(zhì)量比為5.54%~18.03%時具有良好的線性關(guān)系。間二甲苯、對二甲苯、乙苯的標準曲線建立方法同上。
2.3 精餾操作步驟
打開冷卻水和塔頂放空閥,檢查塔釜的液位是否在液位計的2/3位置。打開電源及電加熱器開關(guān),并將電流調(diào)大(順時針方向),待塔節(jié)溫度升上后,將電流調(diào)到略小。穩(wěn)定操作后,打開回流流量計閥門,開始回流操作,并打開產(chǎn)品流量計閥門開始出料(控制回流比小一些,以確保產(chǎn)品含量達到80%以上)至產(chǎn)品儲槽。
取樣:可通過啟閉產(chǎn)品槽及塔釜的對應(yīng)閥門,從塔頂、塔釜取樣口取樣分析。精心穩(wěn)定操作,每隔20~30 min分析一次產(chǎn)品,以確保產(chǎn)品質(zhì)量,并隨時檢查塔釜液位。
完成實驗后,先關(guān)閉加熱電源,待塔節(jié)溫度降低后再關(guān)閉冷卻水閥。
3.1 混合二甲苯組成分析
混合二甲苯原料進樣量為1 μL,按照2.2.1色譜條件運行氣相色譜儀。所測混合二甲苯氣相圖譜如圖3。
圖3 混合二甲苯氣相圖譜
注:峰保留時間:乙苯9.635 min、對二甲苯10.316 min、間二甲苯10.277 min、鄰二甲苯11.303 min
從圖3知,本實驗所用混合二甲苯的組成為4.4%乙苯、26.6%對二甲苯、46.0%間二甲苯、9.5%鄰二甲苯。
3.2 不同回流比對精餾結(jié)果的影響
在相同原料及相同進料量條件下,研究回流比分別為5∶1、8∶1或10∶1時的精餾效果。操作穩(wěn)定后,取塔底產(chǎn)品,用氣相色譜儀測定,計算產(chǎn)品中鄰二甲苯的含量。
(1)回流比為5∶1的精餾氣相色譜圖見圖4,結(jié)果見表4。
注:峰保留時間:乙苯9.635 min、對二甲苯10.316 min、間二甲苯10.277 min、鄰二甲苯11.303 min。
表4 回流比為5∶1的精餾氣相色譜結(jié)果
從圖4及表4的實驗數(shù)據(jù)中看出,當精餾回流比為5∶1,塔頂溫度升到80~81 ℃時,幾乎將原料中比鄰二甲苯輕的組分全部蒸出,塔釜產(chǎn)品鄰二甲苯的含量達到16.49%。
(2)回流比為8∶1的精餾氣相色譜圖見圖5,結(jié)果見表5。
圖5 回流比為8∶1的精餾氣相色譜圖
注:峰保留時間:乙苯9.635min、對二甲苯10.316min、間二甲苯10.277min、鄰二甲苯11.303min
表5 回流比為8∶1的精餾氣相色譜結(jié)果
從圖5及表5的實驗數(shù)據(jù)中看出,當精餾回流比為8~1,塔頂溫度升到80~81 ℃時,塔釜產(chǎn)品鄰二甲苯的含量達到48.56%。
(3)回流比為10∶1的精餾氣相色譜圖見圖6,結(jié)果見表6。
圖6 回流比為10∶1的精餾氣相色譜圖
注:峰保留時間:乙苯9.635min、對二甲苯10.316min、間二甲苯10.277min、鄰二甲苯11.303min
表6 回流比為10∶1的精餾氣相色譜結(jié)果
從圖6及表6的實驗數(shù)據(jù)中看出,當精餾回流比為10∶1,塔頂溫度升到80~81℃時,塔釜產(chǎn)品鄰二甲苯的含量達到54.91%。
從表4~6的實驗數(shù)據(jù)看,對同一批原料,隨著回流比的增大,塔釜產(chǎn)品鄰二甲苯的含量逐漸提高,且在回流比為(8~10)∶1時,鄰二甲苯含量為48%~54%。這說明在填料塔塔徑為Φ30 mm、填料高度為1.2 m時,控制回流比(8~10)∶1,用間歇精餾的方法,可以從混合二甲苯中分離出純度較高的鄰二甲苯。若回流比大于10∶1時,精餾結(jié)果會更佳,但由于該精餾塔的設(shè)計缺陷,最大可調(diào)回流比為10∶1,所以在此裝置下進行精餾的最佳回流比為10∶1。
通過該實驗可知,運用精餾技術(shù)采取間歇精餾方法,對于混合二甲苯,能在塔釡得到含量較高的鄰二甲苯。當塔頂溫度到80~81℃時,當回流比控制為(8~10)∶1時,所得鄰二甲苯的含量達到48%~54%。
本文的測定結(jié)果為實驗室進行鄰二甲苯的分離提供了一些數(shù)據(jù)支持,如果能夠再次提升塔頂溫度,將可以進一步提高塔釡中鄰二甲苯的含量。為精餾塔的改造以更好地分離混合二甲苯提供了一些重要的數(shù)據(jù)參數(shù),鄰二甲苯可從混合二甲苯中通過精餾方法分離出來,為混合二甲苯的分離研究提供了研究基礎(chǔ)和方向。
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2014-11-08
邢臺市科技局科技支撐計劃項目:焦化粗苯精制-混合二甲苯的分離及異構(gòu)化研究.項目編號:2012ZC027; 邢臺學(xué)院校級科研項目: 煤焦油深加工技術(shù)-混合二甲苯的分離.項目編號:XTXY11Y31
楊玉敏(1969-),女,河北邢臺縣人,博士研究生,主要從事化工理論與分析技術(shù)的研究.
TQ522.62
A
1672-4658(2015)02-0184-04