爱华网注：本文原发表于《河北化工》2007年01月第30卷第1期，如需PDF原文，请留下邮箱，注明所需文章即可。
屈文江
摘 要:结合制药厂的规模、现有设备等实际情况，研究了以正己烷作为共沸剂，采用间歇共沸精馏法回收该厂生产废水中乙醇的过程，得到了该条件下间歇共沸精馏的流程，以及共沸剂正己烷与乙醇的最佳配比、回收水相中的共沸剂正己烷和原料乙醇时适宜的回流比等操作参数。实验结果证明，该方法可行并且是经济的。
关键词: 共沸精馏；乙醇；间歇
乙醇的用途相当广泛，可用作粘合剂、溶剂、防冻液、燃料、消毒液等，还是农药、橡胶、塑料、人造纤维、洗涤剂等的制造原料。
河北省某制药厂在生产过程中平均每天产生废液约1.5 t，含乙醇约28（% 质量百分数），合计每天损失约0.42 t乙醇。为降低生产成本，该厂拟对此废液中的乙醇定期回收，并作为原料再次投入生产。
由于乙醇与水形成共沸混合物，故常含有5%左右的水分，不能用蒸馏的方法除去。萃取精馏虽然是一种较为重要的分离方法，但其溶剂用量大（通常溶剂比均在5－10倍以上），使能耗消耗大且板效率低（一般为20%－40%）。对具有恒沸组成的醇－水体系的分离，溶盐精馏和加盐萃取精馏显示了效率高、效果好、节省溶剂和耗能少等优点。结合制药厂的规模、现有设备等实际情况，溶盐精馏虽然效果显著，但由于盐的溶解回收、输送、加料以及盐结晶引起堵塞、腐蚀等问题，限制了应用；采用加盐萃取精馏法制取无水乙醇时需增设一套减压装置，故不予考虑。能与含乙醇－水体系形成三元共沸物的物质有很多，在工业上，用得最为广泛的是苯。采用共沸精馏法，考虑到制药行业应尽量避免与有毒物质接触，本文拟以正己烷作为共沸剂，最大程度地利用该厂的现有设备，采用间歇共沸精馏法回收该厂生产废液中的乙醇。
1 实验部分
1. 1 实验原理
共沸精馏是一种特殊的分离方法，主要适用于含共沸物组成且用普通精馏无法得到纯品的物质。它是通过加入适当的分离媒质来改变被分离组分之间的气液平衡关系，从而使分离由难变易。通常，加入的分离媒质(称共沸剂或夹带剂)能与被分离系统中的一种或几种物质形成新的共沸物（一般此共沸物具有最低共沸点），使共沸剂在精馏过程中以共沸物的形式从塔顶蒸出，而塔釜得到纯物质。
就工业乙醇制备无水乙醇而言，适用的共沸剂有苯、甲苯、戊烷、环己烷、正己烷、乙酸乙酯等，它们都能与乙醇－水形成多种共沸物，而且其中的三元共沸物在室温下又可以分为两相：一相富含共沸剂，可以循环使用；另一相则富含水，很容易被分离出来，并对其中的共沸剂及被分离物质进行回收再利用。
乙醇－水二元共沸物中（水∶乙醇）=0.05，加入共沸剂后形成的新共沸物中（水∶乙醇）=0.25，约为前者的5倍。根据这一特性进行精馏，水会被新的共沸物不断带走以达到脱水目的。
1. 2 实验原料
以河北省某制药厂的生产废液作为实验原料，其组成为：水72.3%、乙醇27.4%、杂质0.3%。本实验采用正己烷为共沸剂回收其中的乙醇。
当正己烷被加入乙醇－水系统以后可以形成4种共沸物，一是正己烷－乙醇－水三者形成１个三元共沸物，二是它们两两之间又可形成3个二元共沸物。在标准状态压力下，各组分、共沸剂及其所形成的各种共沸物的沸点和组成如表1 所示。
1.3 实验装置、流程与分析仪器
本实验采用的实验设备是塔体为Ф40×1500 mm的填料塔，内装Ф2.5×2.5不锈钢θ网环填料。塔釜
为2 000 mL 四口烧瓶。塔顶冷凝液体采用摆动式回流比控制器操作，实验装置如图1 所示。
实验用分析仪器为北京分析仪器厂生产的3420型气相色谱仪，C-R6 A 数字积分仪，PEG 色谱柱，热导池检测器。
1. 4 实验过程
一个间歇过程可以分4 步。
第一步，填料塔相当于提浓塔，对加入塔釜的原料进行普通精馏，调节回流比，在塔顶可得到乙醇－水的共沸物，收集至储罐1。
第二步，填料塔相当于共沸精馏塔。将储罐1中的乙醇－水的共沸物与共沸剂正己烷按一定配比加入塔釜，并在分相器中注满正己烷。在全回流情况下不断导出分相器中的富水相，存入储罐二。当富水相组成基本不变、相界面消失，即表明分水过程结束，关闭阀6，打开阀7，将分相器中的中间相导入储罐1，与下一批乙醇－水的共沸物一起进行下一次的共沸精馏。
第三步，填料塔相当于精制塔，继续对第二步中塔内液体进行精馏，并在塔顶比例采出。当釜液组成中水和正己烷的含量已经低于产品要求时，釜液几乎全部为乙醇，此时，可以继续用该塔进行产品乙醇的采出，也可以将釜液移至小塔，经闪蒸在小塔塔顶得到产品乙醇。如果有现成的设备，本文建议采用第二种方案。
第四步，填料塔相当于回收塔。将储罐2中富水相导入塔釜进精馏，塔顶凝液以一定比例采出，初馏液分为两相，上层为富烷相，可存入储罐1，下层为富水相，可存入储罐2。两相的大致组成如表2所示。此后比例采出的塔顶凝液均为乙醇－水的二元共沸物，导入储罐1。塔釜残液几乎全为水，可以直接排放。
阀1 至阀7 在以上各步中的状态如表3 所示,其中O代表Open 开），C代表Close关），符“号/”前后的字母分别代表这一步当中该阀的先后两种状态。
2 结果与讨论
研究了以正己烷作为共沸剂，采用间歇共沸精馏法回收乙醇的过程，实验结论如下：
（1）对于相同剂量的共沸剂，将共沸剂注满分相器，剩余部分置于塔釜，比将共沸剂全部置于塔釜的分水效果好。实验中注入分相器中的共沸剂约占全部共沸剂的25.3%。由表2的数据可以看出，共沸体系中乙醇－水－正己烷体系的沸点最低，故当共沸剂全部置于塔釜时，对乙醇－水混合物进行精馏，由塔顶馏出的首先是沸点为56.0℃的乙醇－水－正己烷三元共沸体系，其中水占3%，水∶乙醇=0.25。而当采用此种共沸剂添加方式进行操作时，分水过程产生的所有水相混合液中水占15.8%，水∶乙醇=0.22。
（2）在共沸剂注满分相器，剩余部分置于塔釜的情况下，当共沸剂中正己烷与乙醇－水共沸体系中水的质量比为5时为最佳配比。若正己烷量太小，则不能将水有效地以共沸物形式带出；若正己烷量太大，在将水全部带出后，仍会有部分正己烷残留在釜液乙醇中，需进一步分离，不仅延长了精馏的时间，同时也增加了精馏的能耗及正己烷的用量。
（ 3）回收水相中共沸剂正己烷和原料乙醇时，采用回流比R=7－8是较为适宜的，回收完正己烷后得到的塔顶馏出物基本上都是乙醇－水的共沸物。
转载自大连斯诺化学
