共沸精馏技术研究及应用进展

共沸现象是指一定压力下某一溶液沸腾时，溶液温度、液相组成和汽相组成始终保持不变的现象。在混合时，混合物的共沸点高于或低于混合物中任一种组分沸点，分别称为最高共沸物或最低共沸物。当出现共沸现象时，采用普通精馏方法无法达到分离的目的，此时我们可采用共沸精馏、萃取精馏或变压精馏等特殊精馏方法。其中共沸精馏就是向待分离体系中加入新组分(共沸剂)，共沸剂能与原有体系中的一个或多个组分形成新的共沸物，且这种新共沸物的挥发度显著地高于或低于原有各组分的挥发度，并且新共沸物中各组分的含量与原料液组成不同，可采用普通精馏方法予以分离。
1、共沸精馏的特点
(1)共沸精馏用的共沸剂必须与待分离组分的一个或多个形成共沸物，共沸剂的选择范围相对较小；
(2)共沸精馏的共沸剂大多数都从塔顶蒸出，消耗热能较大，通常只有当与共沸剂形成共沸物的组分在原料中含量较少时，共沸精馏的操作才比较经济；
(3)共沸精馏可用于连续操作也可用于间歇操作；
(4)在相同压力下操作，共沸精馏的操作温度较低，比其它精馏方式更适于分离热敏性物料。
2、共沸精馏的分类
根据共沸剂与原组分形成的新共沸物是否能分离为不互溶的两个液相，可将共沸精馏分为非均相共沸精馏和均相共沸精馏。与均相共沸精馏相比，非均相间歇共沸精馏 可以更加方便的控制回流比，具有设备简单，通用性强的特点。
3、共沸剂的选择
共沸剂的选择 对共沸精馏分离过程的效果影响非常大 。国外对共沸剂的选择有许多报道，都提出如何选择共沸剂。根据溶液形成氢键的强弱将溶液分成5类，以各类液体混合后对拉乌尔定律的偏差作为选择共沸剂的初步依据。
提出了完整的关于最低及最高共沸物和近沸点精馏中共沸剂的选择方法。因此，共沸剂的选择主要有以下几个原则：
(1)至少与料液中一个或两个(关键)组分形成两元或三元最低共沸物，而且希望此共沸物比料液中各纯组分的沸点或原来的共沸点低10℃以上；一般来说，从塔顶馏出的二元或三元共沸物经过冷凝冷却后，如果能形成非均相液体，则分离效率高，溶剂回收简单；
(2)共沸物中共沸剂的相对含量少，即每份共沸剂能带走较多的原组分，这样共沸剂用量少，操作也较为经济 ；
(3)共沸剂应易于回收和分离 ，不仅希望能够形成非均相共沸物，减少分离共沸物的操作等；而且要便于回收重复利用；
(4)如果从回收塔顶部回收共沸剂，则共沸剂应具有较小的汽化潜热，以节省能耗；
(5)共沸剂不能与原料的任一组分发生反应，具有热稳定性好，廉价，毒性小，来源广，腐蚀性小等特点。
4、共沸精馏技术的应用研究
用间歇共沸精馏分离乙酸乙酯和正己烷的混合物，实验采用丙酮作为共沸剂，实验结果表明：出现乙酸乙酯和正己烷最高收率是在丙酮和正己烷质量比为1．15时，乙酸乙酯收率为73．89％ ，正己烷收率为75．15％ 。
用间歇共沸精馏法，采用乙酸异丙酯作为体系的共沸剂来分离乙二醇单甲醚一水混合物，实验研究表明：调节共沸剂与水的质量比在2～2．5这一区间内，就能够一次性回收90％ 以上乙二醇单甲醚的量。
使用Aspen Plus软件对三氟化氮一四氟化碳共沸体系进行模拟，选用氯化氢作为共沸剂，简单快捷的找到精馏操作的最优参数，为实际生产提供参考。
采用醋酸乙烯酯为共沸剂，使用Aspen Plus软件对共沸精馏分离丙炔醇一丁炔二醇一水进行了模拟计算，结果表明：使用Aspen软件计算的结果和实际运行结果基本一致，而且用Aspen软件优化了丙炔醇一水共沸精馏塔，产品纯度达到99．5％ ，与此同时，塔顶冷凝器热负荷降低8．6％ 。
认为生产对苯二甲酸中以PX作为共沸剂可以清除测流积累的PX，从而使过程更加的节能。
研究由于生产对苯二甲酸过程，少量的反应物对二甲苯和乙酸甲酯通过原料进入醋酸脱水系统，采用乙酸正丙酯作为共沸剂进行醋酸脱水和使用Uniquac对工业脱水过程进行分析；并采用Aspen软件进行过程模拟，结果表明关键参数的结果吻合较好。此研究对实际生产过程的优化提供了理论数据。
为分离乙酸一水混合物，选用对二甲苯作为共沸剂；使用一个高5m、15块塔板的精馏塔对此过程进行实验。使用PRO／II模拟软件进行模拟，模拟采用Uniquac活度系数模型，采用估计得到的数据一0．53作为塔板效率，实验数据和软件模拟比较得出：对二甲苯适合作为分离乙酸一水混合物的共沸剂。
刮研究以亲水离子液体作为共沸剂对乙酸乙酯一乙醇共沸混合物进行分离，结果表明：亲水离子液体[Amim]C1的分离效果最好，分离后乙酸乙酯纯度能够达到99．73％ 。
系统研究了分离异丙醇一水体系的过程，使用环己烷作为共沸剂，采用非均相共沸精馏工艺，提出的保持塔釜温度曲线的稳定采用逆双循环控制的方法，这一实用价值已经在动态模拟和实验得到体现。
研究[OMIM]+[BF4]-、[EMIM]+[BF4]-、[EMIM]+[triflate]-和[BMIM]+[BF4]-四种液体作为共沸剂对乙酸乙酯一乙醇混合物的分离效果，结果表明：这四种液体对乙酸乙酯一乙醇混合物的分离效果良好且价格便宜，适于做这一体系的共沸剂。
提出了一个新的简单方法共沸精馏分离吡啶和水混合物，这个方法只需要在每个塔的一个塔板温度回路，避免传统方法共沸剂进入塔底流体。