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1、1029异丙醇一水共沸物系分离技术进展王惠媛许松林(天津大学精馏技术国家工程研究中心，天津，300072)摘要：异丙醇是一种常用的有机溶剂，广泛应用于化工和制药行业。工业生产中过程产 生大量异丙醇一水混合废液，如果能够回收其中的异丙醇，将为企业降低生产成本节约开支。际文着重介绍了分离异丙醇一水共沸物的几种方法，其中不仅包括传统的苯共沸精馏工艺，而 且还有：吸附蒸馏，萃取耩馏渗透汽化法，加盐萃取共沸精馏等新工艺，并对这几种方法进 行了比较。、 关甓萄：异丙醇分离吸附蒸馏萃取精馏渗透汽化法加盐萃取共沸精馏J前言异丙醇()A)是一种广泛应用的有机化工原料。它是一种性能优良的溶剂，在医药行 业有广泛应
2、用。目前，随着全球环境保护意识的增强，利用异丙醇代替含氯溶剂和氟氯烃做 集成电路的清洗剂已越来越受到人们的重视，其对异丙醇的纯度要求较高 。由于常压下异 丙醇与水在803形成共沸物，其中异丙醇含量为874(质量分数)E2J，工业生产过程需 要从大量的异丙醇稀水溶液中分离精制以得到高纯度异丙酵，而采用普通蒸馏方法无法得到 纯度高于共沸组成的异丙醇。分离异丙醇一水体系的传统工艺是用苯共沸精馏法，由于苯对 人体的危害，该工艺方法将逐渐被取代；目前出现的新的分离工艺主要有：吸附蒸馏，萃取 精馏，渗透汽化法，加盐萃取共沸精馏等，我们将在本文中详细介绍这几种方法，并对不同 工艺的特点进行分析和比较。2分离
3、工艺21苯共沸精馏工艺 分离异丙醇一水的传统方法是采用苯为夹带剂的共沸精馏法。下图是 异丙醇脱水共沸精馏过程的工艺流程。第一塔中，我们主要是为了得到与共沸组成相近的塔顶产物(865的 异丙醇和135的水)。第二塔才是真正意义上的共沸精馏塔，在此塔中加入夹带剂来破坏 共沸物，塔釜产物即为所要求纯度的异丙醇，塔顶是苯、水和异丙醇的混合物。塔顶产物送 到分相器中，分层得到富水相和富苯相。富苯相送回第二塔中，而富水相送到第三塔中进一 步回收苯。第三塔的塔釜产物为组成几乎与原料相同的水和异丙醇的混合物，故将其送回第 一塔中循环；塔顶产物含水、异丙醇和苯，返回第二塔。 此法工艺较成熟，但是共沸精馏设备投资
4、大，能耗高，且由于苯的使用对操作人员的身 体有害，故将逐渐被绿色环保的新工艺所取代。作者卉绍：壬惠馁(198I一)，女，天津大学化工学院在读礤士。 许松林 (1966)，男副研究员，硕士生导师；主要研究方向：传质与分离。14522吸附蒸馏工艺 吸附分离技术是20世纪60年代以后得到迅速发展的新兴分离技术，对 于相对挥发度接近于10的难分离物系，吸附技术在许多方面明显优于常规蒸馏技术-4 J。吸附蒸馏是将吸附 和蒸馏相复合的分离过程，具有吸附过程分离因数高，蒸馏过程连续的优点，适用于有共沸点物系的分离。 文献3采用吸附蒸馏技术分离异丙醇一水混合物，该工艺流程如图2所示。该法采 用乙二醇为吸附剂载
5、液，吸附剂浆料(c+s)由吸附蒸馏塔填料下方的第1块筛板上加人， 待分离的液体混合物料由第9板或第1l板上加入，该塔的塔顶得到异丙酵产品，塔底出料 为载液乙二醇、吸附剂和水，其中部分水被吸附剂吸附。吸附蒸馏塔的塔底出料由蠕动泵送 人蒸馏脱附塔填料段下第1块塔板，脱附蒸馏塔的塔顶得到水，而经脱附蒸馏塔后的吸附剂 随载液乙二醇由蠕动泵再送回吸附蒸馏塔，循环使用。利用热脱附和浓度脱附原理，吸附剂 中的水被脱附并在蒸馏的作用下由塔顶采出。试验采用的吸附剂为4A沸石分子筛原粉。实 验结果表明当循环比为2时吸附蒸馏塔顶出口异丙醇含量可以达到997，收率可以达到953。图1共沸精馏过程示意图23萃取精馏工艺
6、 萃取精馏是向原料液中加人 第三组分(称萃取剂)，以改变原有组分的相对挥发度而达到分 离要求的特殊精馏方法，特别适宜分离各组分挥 发度差别很小的溶液。萃取剂从塔顶加入，最终 流人再沸器中，同时在每层塔板都与原料液接 触。低挥发组分和萃取剂一同从塔釜出料，然后 用一个精馏塔将其分离，回收的萃取剂循环使用。选择适宜萃取剂时，主要应考虑r7J：萃取剂图2吸附蒸馏试验装置及流程示意图 应使原组分间相对挥发度发生显著变化；萃取剂A一易挥发的异丙醇组分；B一难挥发的水组分 的挥发性应较低，即其沸点应较原混合液中的组s一固体吸附弗J细粉；c一吸附剂的载葭； 分高，且不与原组分形成恒沸液；无毒性，无腐 sB_
7、吸附水的吸附剂细粉146蚀性，热稳定性好；来源方便，价格低廉。Uoyd Berg等f8通过试验研究找到了一些适宜做 肄丙醇一水萃取精馏萃取剂的化合物和一些不适合的化合物，详见表1和表2。寰1适宜做异丙群一水萃取荆的化台物化台物相对挥发度 混合物 相对挥发度 混合物 相对挥发度 苯甲酸甲酯 1 50正丁基醚 1 49 异丁酸异丁酯1 613一甲基一1一丁醇l 54 乙烯基-正丁基醚 183 二甘醇 1舯 己二醇甲醚 1 60 乙烯基异丁基醚 l 57 囊乙二醇300 1 56 丁酸丙酯 172 已酸乙酯 l 56 苯甲醚 l 54表2不适宜做异丙醇一水萃取剂的化合物化台物名称水杨酸乙瞳 己二腈
8、乙酸己酯 16一己二醇4一甲基乙酸戊醣丙二醇 醋酸异冰片酯 2一甲基一13一丙二醇1，4一=氧六环1，4一丁=醇 戊酸甲豫 异丁基庚基酮 苯基膊 己二醇 12一丁二醇 13一丁二醇清华大学段占庭等9】发明了一种加盐萃取共沸精馏联合工艺精制异丙醇的方法，降低了 异丙醇精制过程中的能耗。该方法主要由以下步骤组成： (1)工业生产中产生的异丙醇浓度为10一15的水溶液，经精馏粗提后于塔顶得到初 浓缩浓度为72，82wt的异丙醇，塔顶温度为7585“C，回流比R=0520，塔釜温度1050C115屯。 (2)用c6脂肪烃(主要成分是己烷)作为萃取剂，无机钠盐或钾盐水溶液作为盐析分离 剂对(1)中得到的
9、初浓缩异丙醇水溶液进行加盐萃取，体积比为：萃取荆：盐析剂：醇水溶 液=23：0，8。15：1，萃取后萃取相中异丙醇含量大于90(脱萃取剂计)，萃余相中异丙 醇含量小于01。 (3)将萃取后有机相通人恒沸蒸馏脱水塔进行精制，塔顶温度6065E，回流比R=15。25。塔釜温度98O985“C，塔釜中采出的即为该发盼的精制异丙醇，异丙醇含量 大于995，水含量小于015。塔顶采出经冷凝、分相后有机相中C6脂肪烃、异丙醇 和水含量分别为75。850k、12。20和l ok一4，以此有机相作为萃取剂循环使用； 盐析剂经浓缩后在步骤(2)中循环套用，盐析效果无明显下降，蒸发所得二次蒸汽可综合 利用。图3加
10、盐萃取共沸精馏联合过程精制异丙醇工艺流程示意图m147该发明的优点是：降低提浓塔的回流比，提高提浓塔塔顶出口水含量，塔顶得到约 80的异丙醇，大幅降低提浓塔的能耗；该醇水混合物以C6脂肪烃作为萃取剂经液一液 逆流萃取将异丙醇萃人有机相。萃取过程中加入钠盐和钾盐等无机盐分离剂，在分离剂 的“盐析”作用下，异丙醇一水分离系数提高，萃取剂用量减少，能耗大幅降低。萃取后 有机相中异丙醇浓度提高至95左右(脱萃取剂计)。以此有机相为进料在脱水塔中对异 丙醇进行共沸蒸馏精制，使塔釜采出中异丙醇含量达995以上，含水量降至015以 下。分离剂经浓缩器回收后循环使用。脱水塔塔顶共沸物作为萃取剂在加盐萃取过程中
11、 循环使用。24渗透汽化工艺 近年来，使用聚合物膜渗透汽化分离有机物水溶液的研究十分活跃。 这种方法特别适用分离沸点相近的混合物以及共沸物，已经广泛应用到很多工业领域，如乙醇和有机酸的 脱水。UDAYA sTOTI等提出用NaAk和PAAmgGG制成的复合膜渗透汽化分离异丙 醇一水混合物。首先进行吸着实验，该试验选择了三种膜，M一1为纯NaAlg膜，M一2为 NaA19与PAAmgcG质量比为75：25的复合膜，M一3的一Alg与PAAragGG质量 比为50：50的复合膜。 渗透蒸发试验在实验室小试装置中进行，膜的有效接触面积是324cm2。操作温度对试 验结果也有一定的影响，渗透通量和传质
12、推动力均随温度提高而增加。在渗透过程中，传质 推动力是由膜两侧气相分压的压差而产生的浓度梯度。当进料温度增加时，加料室的气压也 随之增加，但产品侧不受影响，致使在较高温度下推动力增加。 UDAYA sTOTI的研究结果显示，三种膜都是选择渗透水，与纯NaAls膜相比， 在水的进料浓度低时混合膜具有更高的渗透通量和分离选择性。用M一2分离异丙醇一 水这种混合物的效果更好，当水的进料浓度为10和20(质量分率)时，它的渗透分 离指数达到最高值，分别为434l和9723。总之，M一2的综合性能都优于Ml和M一3。 。Furuto Seiryo在其专利Appl863722中6】也提出采用渗透蒸发法分离
13、异丙醇一水混合物。 试验采用空心纤维膜，因为这种膜单位体积提供的有效面积较大。膜材料选用聚酰亚胺。这 种膜一般由芳香族聚酰亚胺、芳香族聚酰亚胺一酰亚胺或二者混合制成，它们含有酰亚胺 键，具有很强的亲水性。 25共沸精馏渗透蒸发法联合工艺 为充分发挥精馏法和渗透蒸发法各自的优势，也可以采用共沸精馏渗透蒸发联合工 艺进行异丙醇脱水。例如，Texaoo公司利用渗透装置对原有的恒沸精馏装置进行了改造，用 渗透蒸发工艺对普通精馏塔的塔顶产物进行处理，将异丙醇的质量含量从85提高到95， 然后再进入恒沸精馏塔。由于此时恒沸精馏塔的进料中水的含量小，可以使用比苯更合适的夹带剂，从环境的角度看，还可以避免在最
14、终产品中出现微量的夹带剂。Veerle Van Hoof等 人对该过程进行了试验，实验的流程图如图5。经济评价结果表明，这种联合工艺比用苯为 恒沸剂的恒沸精馏工艺节能30一40，总投资可减少49o 26几种分离工艺的综合比较 表4对上述几种分离异丙 醇一水的工艺进行了比较：148-89 29”断丙醇 器鬻、：；繁，k图5共沸精馏渗透蒸发联合过程示意图襄4不同分离工艺的比较生产工艺能否工业化 能耗 设备费用 产品纯度 苯共沸精僖 能 高 高 辨5 吸附蒸嘴 不能 较高 较高 997 渗透汽化 能 低低99 萃取精慵 能 高较高依萃取剂而异 加盐萃取共沸精慵 能 低高 99 5共沸精馏蕾透蒸发联合
15、过程能 低较低 9953结论异丙醇的广泛应用使得对异丙醇一水分离工艺的研究越来越深入。但由于传统工业化 生产工艺一苯共沸精馏过程还存在一些缺点，如：共沸剂对人体有害、设备投资大，能耗 高等，所以科学工作者已经开发了几种有前景的新型分离技术：吸附蒸馏、渗透汽化、萃 取精馏、加盐萃取共沸精馏以及共沸精馏和渗透蒸发联合工艺。相信随着新工艺技术的不 断完善和进步，能够有效解决现有分离工艺存在的问题，将给异丙醇一水物系的分离带来 新的转机。参考文献1宋志宾吴伟蜂异丙醇的应用与发展前景j市场分析，2000(22)：12132程能林溶剂手册M北京：化学工业出版社，1994(9)：3013许春建等吸附蒸馏分离异丙醇一水的试验研究J化学工业与工程，2003，20(6)：342346 4许春建，吕东来等吸附蒸馏提纯叔丁酵及异丙醇【J化学工业与工程，2004，21(1)：1
