王 歡，崔樂(lè)樂(lè)

（沈陽(yáng)科技學(xué)院，遼寧沈陽(yáng) 110167）

乙腈是一種重要的化工原料，同時(shí)也是一種重要的有機(jī)溶劑。在生產(chǎn)過(guò)程中，不可避免地出現(xiàn)乙腈與水及其它雜質(zhì)混在一起的情況，產(chǎn)生乙腈廢水。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常需要將乙腈從乙腈廢水中分離出來(lái)重新使用，然而乙腈和水在常壓下形成共沸物[1]，普通精餾分離困難[2]，萃取精餾是常用的方式[ 3 ]。

目前，將乙腈-水混合物系進(jìn)行常規(guī)分離的主要工藝有：變壓精餾[4]、鹽效萃取與精餾工藝[5]、萃取精餾[6]、滲透蒸發(fā)等[7]。

變壓精餾法采用減壓精餾和加壓精餾相結(jié)合的方法進(jìn)行乙腈水物系的分離。此法第一步將乙腈-水混合物粗蒸得到乙腈含量為85%的共沸物；第二步采用一個(gè)塔加壓精餾、另一個(gè)塔減壓精餾，通過(guò)不同的壓力變化來(lái)改變乙腈-水的共沸組成，最終得到高含量的乙腈。其工藝操作復(fù)雜，設(shè)備投資較大。鹽效萃取與精餾工藝中，回收鹽存在管路堵塞問(wèn)題。滲透蒸發(fā)工藝處理能力有限。這些處理方法不同程度的存在復(fù)雜、設(shè)備成本高以及分離效率低、能量消耗高、乙腈收率低等問(wèn)題。采用萃取和精餾相結(jié)合的分離工藝來(lái)分離乙腈廢水可以得到高純度的乙腈，但在乙腈萃取過(guò)程中常用的萃取劑乙二醇沸點(diǎn)高，回收能耗大，須選擇更適合的萃取劑。

本課題通過(guò)對(duì)一系列萃取劑的實(shí)驗(yàn)篩選考察，選取一種沸點(diǎn)低、易回收的萃取劑，并采用離心萃取強(qiáng)化物系內(nèi)萃取劑的傳質(zhì)過(guò)程；精餾工段采用連續(xù)精餾工藝，易于操作、系統(tǒng)穩(wěn)定、耗能低、安全、綠色環(huán)保。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 藥品與儀器設(shè)備

丙三醇（南京松冠生物科技有限公司）、乙二醇（山東海駿進(jìn)出口貿(mào)易有限公司）、喹啉（廣州勝創(chuàng)生物科技有限公司）、嗎琳（湖北成豐化工有限公司）、苯甲醇（東莞市和潤(rùn)生物科技有限公司）、吡啶（上海富蔗化工有限公司）、苯胺（山東旭晨化工科技有限公司）、二氯甲烷（山東拉雅化學(xué)有限公司），以上試劑均為分析純；乙腈廢水（江蘇某化工企業(yè)）。

CTL50-N 型離心萃取裝置（合肥通用環(huán)境控制技術(shù)有限責(zé)任公司）；XL-JLG100 型分相罐（山東一博環(huán)保機(jī)械有限公司）；GXCQ-500 型萃取劑罐（上海輝展實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）；PT-1500L 型乙腈廢水罐（重慶賽普實(shí)業(yè)有限公司）；2J-X 2.0/25 型萃取劑計(jì)量泵（上海中成泵業(yè)制造有限公司）；QHX-250 型乙腈廢水計(jì)量泵（廣東企華工業(yè)設(shè)備有限公司）；BZ600 型二氯甲烷回收塔（浙江創(chuàng)興化工設(shè)備有限公司）；BZ600 型乙腈回收塔（天津新宇華創(chuàng)科技有限公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 萃取劑的選擇 萃取精餾的關(guān)鍵要素之一是萃取劑的選擇，它關(guān)乎到精餾工藝的難易，也是提高萃取生產(chǎn)能力和降低能耗的根本途徑。萃取劑的選擇主要考慮以下幾方面：（1）選擇性好，萃取劑和乙腈的締合性好；（2）化學(xué)穩(wěn)定性好，不會(huì)產(chǎn)生分解或水解；（3）易與原料液分層；（4）易分離，和水及乙腈都容易分離；（5）毒性低和操作安全；（6）經(jīng)濟(jì)性好。

工業(yè)生產(chǎn)中萃取劑選擇滿足如下條件：萃取劑沸點(diǎn)與被分離組分沸點(diǎn)溫差較大，萃取劑選擇性高，溶解能力大，與被分離物不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也不形成共沸組分[8]。

乙腈-水物系是強(qiáng)極性共沸物系，為了破壞其共沸點(diǎn)，必須引入強(qiáng)極性物質(zhì)，根據(jù)萃取劑總體選擇原則，并通過(guò)查閱文獻(xiàn)性質(zhì)對(duì)比，選取以下8 種萃取劑：丙三醇、乙二醇、喹啉、嗎琳、苯甲醇、吡啶、苯胺、二氯甲烷。

1.2.2 萃取劑的篩選 分別取上述一定量的萃取劑與含乙腈廢水混合，各攪拌一定時(shí)間，轉(zhuǎn)移至分液漏斗中，再靜置數(shù)分鐘，取萃取有機(jī)相進(jìn)行微量水含量分析。

1.2.3 萃取工藝流程圖及離心萃取工藝簡(jiǎn)述

（1）萃取工藝流程圖

（2）離心萃取工藝流程簡(jiǎn)述 開(kāi)啟離心機(jī)萃取裝置V0101，待萃取裝置穩(wěn)定后，分別開(kāi)啟萃取劑計(jì)量泵P0101、乙腈廢水計(jì)量泵P0102，控制萃取劑進(jìn)料量及乙腈廢水進(jìn)料量，萃取劑與含乙腈廢水在管路中混合后注入離心萃取裝置V0103，經(jīng)離心萃取裝置V0103 高速分散后流入分相罐V0104，混合液在分相罐V0104 內(nèi)經(jīng)慢速攪拌降溫后靜止分層，控制分相罐V0104 內(nèi)液體的溫度，萃取有機(jī)相精餾備用，平行做3 次實(shí)驗(yàn)。

1.2.4 連續(xù)精餾工藝流程模擬圖及精餾工藝簡(jiǎn)述（1）連續(xù)精餾工藝流程模擬圖

（2）連續(xù)精餾工藝簡(jiǎn)述 T1塔為萃取劑二氯甲烷回收塔，填料為直徑3mm 玻璃彈簧，理論塔板數(shù)為16，萃取有機(jī)相進(jìn)口位置為第10 塊塔板，進(jìn)料量為30 mL·min-1，塔頂回流比控制為2∶1，回收含微量水的萃取劑二氯甲烷，塔釜流出液為含有高沸點(diǎn)物質(zhì)的乙腈混合液進(jìn)入T2，T2為乙腈回收塔，填料為直徑3mm 玻璃彈簧，理論塔板數(shù)為10，萃取有機(jī)相進(jìn)口位置為第6 塊塔板，塔頂回流比控制為1∶1。

2 結(jié)果與討論

2.1 萃取劑的確定

分別取前述8 種萃取劑200mL 與100mL 含乙腈廢水混合，各攪拌30min，轉(zhuǎn)移至分液漏斗中，再靜置15min，取萃取有機(jī)相進(jìn)行微量水含量分析，通過(guò)萃取有機(jī)相的微量水含量來(lái)確定萃取劑的選擇。分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同萃取劑萃取有機(jī)相的微量水含量Tab.1 Contents of trace water in organic phase extracted by different extractants

通過(guò)比較分析，乙腈的沸點(diǎn)是81~82℃，二氯甲烷的沸點(diǎn)是39.8℃，二者沸點(diǎn)相差大，不共沸，有利于精餾塔分離。二氯甲烷毒性小，穩(wěn)定性好，水中溶解度低，又易于和乙腈分離；二氯甲烷與乙腈互溶性好，經(jīng)過(guò)萃取所得到的有機(jī)相中水含量低于其他溶劑萃取得到的有機(jī)相中的水含量，且價(jià)格低廉、溶劑易得。因此，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定，本研究選取二氯甲烷作為乙腈的萃取劑。

2.2 萃取方式的選擇

控制萃取劑進(jìn)料量為200mL·min-1，乙腈廢水進(jìn)料量為100mL·min-1，混合后流經(jīng)離心萃取罐，高速分散后流入分相罐，混合液在分相罐內(nèi)經(jīng)慢速攪拌降溫后靜止分層，控制分相罐內(nèi)液體溫度為8~9℃，萃取有機(jī)相精餾備用。取水相進(jìn)行乙腈含量分析，平行做4 次實(shí)驗(yàn)，所得分析結(jié)果與普通攪拌萃取水相乙腈含量分析結(jié)果對(duì)比，確定萃取方式，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 離心萃取與普通攪拌萃取所得水相中乙腈含量Tab.2 Content of acetonitrile in aqueous phase obtained by centrifugal extraction and ordinary stirring extraction

由表2 可見(jiàn)，離心萃取效率是普通攪拌萃取效率的3～4 倍，離心萃取比普通攪拌萃取能更有效的把水中的乙腈萃取出來(lái)，提高了乙腈的回收率，因此，確定采用離心萃取方式。

2.3 連續(xù)精餾工藝系統(tǒng)熱利用率

塔頂氣態(tài)乙腈預(yù)熱萃取有機(jī)相后回收，提高了精餾系統(tǒng)的熱利用率。平行3 次精餾實(shí)驗(yàn)，得到乙腈回收率及萃取劑損失，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 連續(xù)精餾工藝實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.3 Experimental data of continuous distillation process

由表3 可見(jiàn)，連續(xù)精餾塔頂氣態(tài)乙腈含量均高于99%，并經(jīng)二氯甲烷萃取后回收，乙腈回收率均高于85%，萃取劑損失約15%。這是由于二氯甲烷汽化潛熱小，大大降低了連續(xù)精餾分離乙腈和萃取劑的能耗。

3 結(jié)論

本文探討了萃取精餾技術(shù)在回收乙腈廢水中的應(yīng)用，選取二氯甲烷為萃取劑，選擇離心萃取的方式，研究了連續(xù)精餾工藝中乙腈回收率、萃取劑的損失等。綜合分析，萃取精餾技術(shù)能耗較低，節(jié)能環(huán)保，更適用于乙腈-水體系的分離。