丁淑娟

（寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏銀川 750021）

苯（C6H6）在常溫下呈現(xiàn)無色透明的液態(tài)，相對分子質(zhì)量為78.11，沸點為80.1 ℃，熔點為5.5 ℃，相對密度為0.88。屬于芳香烴家族，易揮發(fā)，不溶于水，與乙醇等有機溶劑互溶，結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)正六邊形狀態(tài)。環(huán)己烷（C6H12）在常溫下為無色有刺激性氣味的液態(tài)，相對分子質(zhì)量為84.16，沸點為80.7 ℃，熔點為6.50 ℃，相對密度為0.778～0.779，不溶于水，在結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)折六邊形的狀態(tài)。根據(jù)甲苯和環(huán)己烷的物理特性，目前有多種分離方法，其關(guān)鍵內(nèi)容就是分離劑的取得。

1 恒沸精餾技術(shù)和萃取精餾技術(shù)研究進(jìn)展

1.1 恒沸精餾技術(shù)

苯和環(huán)己烷沸點相近，碳原子數(shù)相同，采用普通精餾方法很容易形成共沸物。恒沸精餾的過程是在體系中加入恒沸劑，產(chǎn)生二元或三元恒沸物，增大分離物之間的相對揮發(fā)度。恒沸劑的選擇決定了蒸餾的技術(shù)性和經(jīng)濟性，要求新形成的恒沸物要便于分離，滿足工業(yè)穩(wěn)定、無毒、不腐蝕、經(jīng)濟易取的要求。這其中夾帶劑量是關(guān)鍵因素，因此很多學(xué)者對此進(jìn)行了研究。H·W·Anderson 等研究者選擇了以甲苯為夾帶劑，研究了蒸汽量、夾帶劑量和組分分離效果之間的關(guān)系，其研究結(jié)果表明在一定條件下增加劑量對分離效果沒有影響。Laroche 等以苯為夾帶劑研究了乙醇和水的分離，在研究中發(fā)現(xiàn)了夾帶劑量對相對揮發(fā)度的影響規(guī)律。朱旭榮的研究同樣以苯為夾帶劑，對異丙醇和水的分離問題進(jìn)行了研究[2]。

1.2 萃取精餾技術(shù)

該技術(shù)是向分離塔頂連續(xù)加入高沸點添加劑，讓液體混合物便于分離，萃取劑的沸點必須要高于所有分離物。Fredenslund 和Pransnitz 于1975 年提出了基團貢獻(xiàn)法，通過該模型可以預(yù)測萃取劑的溶解度、蒸汽壓、表面張力等因素。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代研究已經(jīng)逐步采用計算機算法計算最佳萃取劑，在仿真實驗驗證后，再通過實驗室實驗測定。G.S.Somekh選擇四甘醇作為萃取劑，分離BTX 和非芳烴，研究結(jié)果顯示該萃取劑具有回流比、降低能耗、提純度高的特點。日本學(xué)者M(jìn)in Su Ko 以NFM 作為萃取劑，采用NRTL 方程關(guān)聯(lián)，測定了氣液平衡數(shù)據(jù)。趙權(quán)宇等也對NFM 分離烷烴和芳烴的氣液平衡數(shù)據(jù)進(jìn)行了測定，在計算機模擬的基礎(chǔ)上，得到基團CH2，同時還獲取了ACH 與NFM 的相互作用參數(shù)，在研究上取得了一定的創(chuàng)新成果。祝石華同樣以N-甲酰嗎啉作為萃取劑，在其中加入助溶劑COS，結(jié)果表明，苯的回收率高達(dá)99.8 %，純度大大提高[1]。Jilian Feldman 發(fā)現(xiàn)了用DCB作為萃取劑有低揮發(fā)性、低冰點、高選擇性和高熱穩(wěn)定性的優(yōu)勢，DCB 還能用于液液萃取。胡秀英用苯酚作為萃取劑進(jìn)行分離，實驗結(jié)果顯示苯酚能夠提高揮發(fā)度差異。包力研究苯酚分離的最佳工藝參數(shù)：理論板數(shù)30 塊，進(jìn)料板處于23 塊，回流比6.5，溶劑比2.2。Fu-Ming Lee 的實驗顯示，DPS 和3MSULF 在萃取中有很高的選擇性，在DPS 中加入10 %的水能夠降低沸點。王秀紅選擇γ-丁內(nèi)酯為萃取劑，實驗數(shù)據(jù)表明甲苯含量60 %以內(nèi)，0.5：1～1：1 的溶劑比分離效果較好。張志剛采用NMP、DMSO、NMP+N，N-DMF 和N，N-DMF+DMSO 作為混溶溶劑，證明效果較好。加鹽萃取是目前較新的研究進(jìn)展，董紅星等采用N，N-DMF 溶劑，加入KSCN，實驗結(jié)果顯示操作條件為KSCN 的量為13%，溶劑比為1：1 時分離效果最佳。王孝科的研究結(jié)果表明醋酸鉀作為萃取劑時，含量為15 %，溶劑比為0.75：1時最佳。

2 吸附分離技術(shù)

吸附分離指的是將液態(tài)或者氣體成分吸附在吸附劑的表面上，實現(xiàn)不同物質(zhì)分離的目的。吸附劑的選擇是一個關(guān)鍵的過程，目前該技術(shù)主要在實驗室中進(jìn)行，尚且沒有進(jìn)行推廣。蔣福宏以X 型分子篩和Y 型分子篩進(jìn)行分離，確定了最佳的工藝參數(shù)：13X 分子篩效果最佳，80 ℃最宜，適宜原料空速為1.5 h-1～2.25 h-1。楊彥強在其技術(shù)專利中提出了有效分離正異構(gòu)混合烴中的正構(gòu)烷烴的方法，利用液相模擬移動床進(jìn)行分離[2]。Akira Takahashi 和Ralph T.Yang 的實驗結(jié)果顯示在苯和環(huán)己烷分離中Ag-Y 的效果明顯要好于Na-Y 和Pd-Y、H-USY。Akira Takahashi 研究了π 絡(luò)合劑，該綜合劑對苯的吸附性比環(huán)己烷要高，最佳比為3.2：1。

3 膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)又叫滲透蒸發(fā)技術(shù)，液體在透過膜的過程中進(jìn)行分離，因為液體在通過膜的過程中，通過率不同，所以可以采用該原理簡便達(dá)到分離效果。離子膜分離技術(shù)在行業(yè)內(nèi)最廣泛和最有前景的一種技術(shù)，該技術(shù)能耗低、操作簡易、原理易懂，不需要任何催化劑，是未來研究的主要發(fā)展方向。Katarzynski 研究了6FDA 型聚酰亞胺膜對脂肪族烴脫除單環(huán)、二環(huán)、三環(huán)芳烴的影響，在實驗中測定了壓力、溫度、組分等各個因素，結(jié)果顯示芳烴混合物150 ℃以上能夠透過膜實現(xiàn)分離目的[3]。Cunha 的研究顯示，聚氨酯膜在苯和正己烷分離中效果最佳，這為工業(yè)提純打下了基礎(chǔ)。Yamasaki 對PVA 的非對稱膜和均質(zhì)膜進(jìn)行了研究，結(jié)果表明對稱膜對苯的選擇性要大得多。Yildirim 對PVC 的研究結(jié)果顯示，在50 ℃條件下，含量分別為30 %和40 %，滲透性隨著苯的含量增加而增加，選擇性隨著含量的增加而降低。他們的研究還表明，PEBA隨著苯濃度的增加，滲透性增加，選擇性降低。除了固膜之外，液膜也有著較為廣泛的應(yīng)用，Matsumoto 的實驗研究了室溫下利用離子液體支撐液膜，結(jié)果顯示1-正丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽的選擇性最大。馮浩的實驗結(jié)果顯示[Bmim]+，[4-Mebupy]+和[Emim]+的分離效果很好[4]。

4 液-液萃取分離

德國人Krupp-Kopper 研發(fā)了液-液萃取技術(shù)，從裂解汽油中提取高純度芳烴，在大工業(yè)生產(chǎn)上實現(xiàn)了廣泛應(yīng)用。該技術(shù)的關(guān)鍵在于萃取劑的選擇，在芳香烴和烷烴的分離過程中，根據(jù)萃取劑對分離性能的影響，確定最佳分離工藝。早在1954 年，George C.Johnson和Alfred W.Francis 就對單一萃取劑萃取進(jìn)行了研究，結(jié)果表明二甘醇對苯和正庚烷混合物的分離效應(yīng)較好。George W.Casseii 采用DMSO 分離苯和正己烷，在10 ℃、25 ℃和50 ℃條件下，其分離效果尚佳。M.Mohsen-Nia 研究了碳酸乙烯酯和DMSO 作為萃取劑的分離情況，結(jié)果表明，在298.15 K 和303.15 K 條件下，分離作用較好。U.K.Arun Kumar 和Ratan Mohan以糠醛作為萃取劑，結(jié)果表明低溫的選擇性大于高溫的選擇性。Gamil M.Radwan 采用DMF 和EG 作為萃取劑進(jìn)行實驗，實驗表明含量比例在56 %和44 %時最佳。A.A.Gaile 的實驗結(jié)果表明，三甘醇（38.4%）+環(huán)丁砜（57.5 %）+水（4.1 %）的比例選擇性較佳。Haitham M.S.Lababidi 用PC 和DEG 進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)，15 %的二甘醇和1.5 的進(jìn)料比效果最佳。姚春燕等研究糠醛加KSCN 的實驗表明，正庚烷的分配率顯著增加，將近5 倍之多。Emilio J.González 的分離結(jié)果表明，在298.15 K 和標(biāo)壓下，苯+環(huán)己烷的分配系數(shù)較高。離子液體分離存在的問題在于使用成本較高，因此在技術(shù)上還需要進(jìn)一步改進(jìn)。

5 結(jié)論

苯和環(huán)己烷的分離是石油化工產(chǎn)業(yè)的重大應(yīng)用，傳統(tǒng)分離方法一般是萃取精餾和恒沸精餾，但是有能耗較大的缺點。吸附分離是一種新型發(fā)展趨勢，但是目前技術(shù)環(huán)節(jié)還需要進(jìn)一步研發(fā)，尤其是高選擇性吸附劑的工藝。液-液萃取工藝能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，但是同樣涉及到萃取劑的選擇。膜分離技術(shù)在未來大有可為，只要選擇合適的分離膜，提高膜的性能，在工業(yè)生產(chǎn)各個領(lǐng)域都能廣泛應(yīng)用，同時，加鹽萃取法也有著它的優(yōu)勢和發(fā)展前景。