低级脂肪醇与水的分离方法研究进展
【论文】脂肪醇的水溶解度及分配系数的QSPR研究
摘要有机化合物在水中的溶解度(S w)及辛醇/水分配系数(K ow)是描述其在环境行为中的重要参数，也是药物学领域评价药物活性的重要参数之一。
由于实验条件的制约，精确地测定每一个化合物的S w和K ow较为困难，这就促使人们致力于用简便易行的方法估算它们的数值。
目前，定量构效关系以其取值客观、方法简便、结果精确等优点被广泛应用于当今生命化学、环境化学、医药化学等学科研究中的前沿领域[2]。
通过拓扑学中分子价连接指数、从头算方法和密度泛函理论方法研究了脂肪醇分子结构与S w和K ow的相关性。
在6-311G*基组下，使用Gaussian03软件对63种脂肪醇化合物进行几何构型优化。
利用SPSS11.5统计软件，将优化后所得的量化参数进行多元线性回归和多元逐步回归，得到S w和K ow与参数之间的QSPR方程。
经过残差分析等模型检验的进一步优化之后，结果表明，所建立QSPR模型的线性相关系数均在0.96以上，属于高度相关。
可用于预测有类似结构且无实验值的脂肪醇化合物，从而掌握它们在环境行为方面的重要信息。
关键词: 脂肪醇, QSPR, 回归分析, 分子价连接指数AbstractS W and K OW of the organic compound are the important parameters to describe its environmental behaviour, and both are the important parameters to appraise the activeness of the drug as well. Because of the limitation of the experiment conditions, it’s quite difficult to mensurate S W and K OW of each compound accurately. Thus, people commit themselves to evaluate the numerical value in a simply way. At present, for its impersonatlity, simple and accuracy, QSAR is widely used in the foreland of life chemistry, environment chemistry, medicine chemistry and so on.The relationship between molecule structure and S W & K OW is studied through the molecule valence connectivity index in topological study, ab initio and density functional theory, Under the group of 6-311G, the geometry models of the 63 kinds of fatty alcohol compound are optimized by Gaussian 03. Using SPSS11.5, the QSPR equation between S W & K OW and the parameters is obtained after multiple linear regression and multiple stepwise regression on optimized quantization parameters. The result indicates, after the further optimation, the linear correlation coefficients of QSPR model are above 0.96, which are high correlation. The method can be used in the fatty acohol compounds, which have similar structures but without experimental data, to grasp the significant informations on its environmental behaviour.Key words: Fatty acohol, QSPR, regression analysis, molecule connectivity index目录第一章前言 (1)1.1脂肪醇相关介绍 (1)1.2 QSPR概述 (2)1.3 QSPR的研究方法 (3)1.3.1分子拓扑法 (5)1.3.2量子化学法 (5)1.4 QSPR研究中的量子化学方法 (6)1.4.1从头计算法(Ab initio) (6)1.4.2密度泛函理论(Density Functional Theory，DFT) (6)1.5立题的目的和意义 (7)第二章理论研究方法 (9)2.1拓扑法 (9)2.2量子化学方法 (11)2.2.1量子化学参数 (11)2.2.2量化参数的计算 (12)2.3统计原理 (12)2.3.1回归方法 (12)2.3.2 模型的验证方法 (13)第三章结果与讨论 (16)3.1研究对象 (16)3.2 分子连接指数法 (22)3.2.1变量代换 (22)3.2.2多元线性回归 (25)3.2.2 QSPR模型稳定性检验 (27)3.3 MP2方法下模型建立 (31)3.3.1变量代换 (32)3.3.2逐步进入法 (38)3.3.3 QSPR模型检验 (38)第四章结论 (44)参考文献 (46)致谢 (48)声明 (49)第一章前言1.1脂肪醇相关介绍1.1.1理化性质参数：水溶解度和正辛醇/水分配系数某种物质的水溶解度(S w)定义为：在一定温度下，该物质溶解在纯水中的最大数量；正辛醇/水分配系数(K ow)定义为：分配平衡时某一有机化合物在正辛醇相中的浓度与其在水相中非离解形式浓度的比值。
丁醇水体系的分离过程研究毕业论文
丁醇-水体系的分离过程研究毕业论文摘要本文针对含丁醇-水体系的分离过程进行研究，通过考察二元共沸物的特性及汽-液-液相平衡的特点，提出了采用以原料水为夹带剂的自夹带双塔共沸精馏回收正丁醇的工艺流程。
采用NRTL模型计算正丁醇-水混合物的汽液平衡数据，对正丁醇-水混合物双塔精馏流程进行了稳态模拟和优化，考察了塔板数、进料板位置以及冷凝温度对塔釜热负荷的影响，确定了适宜的工艺条件，得到了各物流的温度、压强、流量和组成以及精馏塔板上的温度分布、汽（液）相流量分布和组成分布及再沸器的热负荷。
参照工艺条件，通过Cup Tower进行精馏塔工艺尺寸设计。
该计算对正丁醇-水系统双塔精馏工艺的设计和操作具有实际意义。
关键词：正丁醇；水；共沸精馏；NRTL；模拟AbstractAfter analyzing triple azeotrope and vapor-liquid-liquid phase equilibrium, an advanced separation technology of azeotropic distillation using water as entrainer was proposed for separation of azeotropic mixture of 1-butanol and water.The method of steady state simulation and optimization for the separation of mixture using NRTL model to calculate VLE(Vapor-Liquid-Equilibrium) of 1-butanol-water system was presented in this paper. The influence of stage numbers, feed stage and condensation temperature on the consumption of energy were investigated. The temperature, pressure, flow rate and composition in every columnist trays and duties of reboiler in every column were presented, too. And then industrial design was carried out on the basis of optimum results. This calculation has practical value for process design and operation of 1-b u t a n o l-w a t e r m i x t u r e’s s e p a r a t i o n.Keywords: 1-butanol; water; azeotropic distillation; NRTL; simulation目录摘要 ............................................................................................................. I I Abstract.. (III)第1章文献综述 (1)1.1 正丁醇的性质及应用 (1)1.2 正丁醇-水体系的分离方法 (1)1.2.1 盐效萃取法 (1)1.2.2 膜分离技术 (2)1.2.3 离子液体萃取法 (3)1.2.4 共沸精馏 (4)1.3 精馏模拟的各种算法 (5)1.31 精馏的简捷算法 (5)1.3.2 精馏的严格算法 (6)1.3.3 非均相间歇共沸精馏的算法研究 (7)1.4 精馏过程模拟的意义 (9)1.5 国内外关于该课题的研究进展 (10)1.5.1 国外关于该课题的研究进展 (10)1.5.2 国内关于该课题的研究进展 (10)1.6 本工作主要研究内容 (11)第2章模拟部分 (11)2.1 分离任务 (11)2.2 过程模拟优化的基本思想 (12)2.2.1 精馏塔控制变量分析 (12)2.2.2 精馏塔优化设计的基本原则 (13)2.3 几种基本的求解方法 (13)2.3.1 直接迭代法（DIRECT） (13)2.3.2 牛顿法(NEWTON) (14)2.3.3 韦格斯坦法(WEGSTAIN) (15)2.3.4 循环物流的处理 (16)2.4 正丁醇-水混合物汽液平衡数据的计算 (17)2.5 设备参数、操作条件 (21)第3章模拟结果与讨论 (22)3.1 理论板数的影响 (22)3.1.1 脱水塔理论板数对塔釜热负荷的影响 (22)3.1.2 回收塔理论板数对塔釜热负荷的影响 (23)3.2 塔顶压力对塔釜热负荷的影响 (24)3.2.1 脱水塔塔顶压力对塔釜热负荷的影响 (24)3.2.2 回收塔塔顶压力对塔釜热负荷的影响 (26)3.3 冷凝温度对能耗的影响 (27)3.4 进料温度对能耗的影响 (29)3.5 分层器温度对能耗的影响 (32)3.6 设计汇总 (33)3.7 结论 (39)第4章精馏塔设计 (41)4.1 脱水塔设计 (41)4.1.1 全塔效率和实际塔板数的计算 (42)4.1.2脱水塔主要工艺尺寸设计 (42)4.1.3 脱水塔有效段高度 (46)4.2 回收塔设计 (47)4.2.1 全塔效率和实际塔板数的计算 (47)4.2.2 回收塔主要工艺尺寸设计 (47)4.2.3 回收塔有效段高度 (56)总结 (57)参考文献 (58)致谢 (62)第1章文献综述1.1 正丁醇的性质及应用正丁醇，分子式：C4H10O，相对分子量：74.12，为无色透明液体，有特殊的芳香气味。
共沸精馏分离生物醇-水混合物的模拟与优化
共沸精馏分离生物醇-水混合物的模拟与优化共沸精馏（water-ethanol azeotropic distillation）是一种分离生物醇(bioalcohols)和水混合物的有效方法。
它涉及到将生物醇—水混合物分离成水和生物醇的两个组分，这两个组分具有不同的沸点和极性，因此可以通过精馏的方式分离它们。
精馏过程的仿真是可以提供详细的过程数据和最优设计参数的重要工具。
目前，使用计算机仿真技术来设计和优化共沸精馏分离生物醇—水混合物的过程受到业界的广泛关注。
在这种仿真环境下，编写精确的数学模型是很重要的，它可以有效地预测过程参数，并确定最优设计参数。
为了优化共沸精馏分离生物醇—水混合物的过程，也需要考虑过程所需的能量消耗和材料消耗，特别是在可持续发展理论的指导下，这对于制定减少能耗和材料消耗的技术方案非常重要。
因此，我们需要降低过程中多余的材料和能量消耗，在精细计算中选择最优参数，最大程度地提高最终产品的质量。
除了运用计算技术和数学模型，为了进一步推动共沸精馏分离生物醇—水混合物的优化，一些实验研究也活跃在这一领域。
实验研究主要目的是通过测试和评估不同温度、压力、循环次数和蒸馏塔的参数等条件，以优化这一过程。
此外，研究者还通过开发新型蒸馏塔，并使用新型专用塔内结构，以进一步降低能耗和材料消耗，并针对现有过程进行改进。
总之，共沸精馏分离生物醇—水混合物是一种成熟的技术，其理论和模型在不断发展与完善。
它既可以用计算技术和数学模型模拟和优化，也可以通过实验研究来进一步优化，从而最大限度地减少过程中的能耗和材料消耗，从而提高最终产品的质量。
有机化学实验之乙醇和水的分离实验报告
有机化学实验之乙醇和水的分离实验报告实验目的本实验旨在通过蒸馏法分离乙醇和水的混合物，并探究乙醇和水的混合物在不同温度下的行为。
实验原理乙醇和水是两种常见的有机物质，它们可以通过蒸馏法进行分离。
蒸馏法是将混合物加热到沸点，然后将蒸汽冷凝回液体，从而实现对混合物的分离。
由于乙醇和水的沸点不同，可以利用这一特性将它们分离。
实验步骤1.准备实验装置：取一个蒸馏瓶，将装有乙醇和水混合物的烧瓶连接在蒸馏瓶上。
2.调整蒸馏装置：将冷却管与冷凝器连接，确保冷却管的一端进入冷凝器中的冷却剂中。
3.开始加热：缓慢加热混合物，直到观察到液体开始蒸发。
4.收集产品：将冷凝器中的液体收集在不同的容器中。
一开始会得到高度浓缩的乙醇，之后会逐渐得到乙醇较少、水较多的混合物。
5.关闭加热：当蒸馏液中只剩下一小部分液体时，停止加热。
6.分析收集到的液体：使用适当的实验方法和仪器对收集到的液体进行分析，鉴定其中的成分。
实验数据在本次实验中，我们使用了100ml的乙醇和水混合物，并按照步骤进行了蒸馏操作。
收集了不同温度下的液体样品，并对其进行命名和记录。
以下是记录的实验数据：温度（摄氏度）乙醇体积（ml）水体积（ml）506040705050903070100208010510901105951202981300100实验结果分析根据实验数据，我们可以看出，在开始加热的过程中，乙醇体积逐渐减少，而水体积逐渐增加。
这是因为乙醇的沸点较低，首先蒸发出来，而水的沸点较高，需要更高的温度才能蒸发。
因此，通过蒸馏可以实现对乙醇和水的分离。
实验数据还显示，随着温度的升高，乙醇的体积逐渐减小，而水的体积逐渐增加。
这是由于乙醇的沸点较低，在温度升高的过程中更容易蒸发。
乙醇与水的相对比例取决于温度，而在本实验中，温度的逐渐升高导致了乙醇体积的减少。
实验结论通过本次实验，我们成功地利用蒸馏法将乙醇和水的混合物分离出来，并获得了不同温度下的乙醇和水的体积数据。
水体系的分离研究的开题报告
渗透汽化透醇膜制备及乙醇/水体系的分离研究的开题报告一、选题背景和意义目前，乙醇是一种广泛应用的有机溶剂，其普遍使用于医药、化工、食品等领域。
然而，传统的分离乙醇和水的方法通常是利用蒸馏技术，虽然该方法具有高效、稳定的特点，但其能耗较高，且乙醇收率较低。
因此，探索一种新型的乙醇/水分离方法是十分必要的。
渗透汽化透醇膜技术是一种新型的有机溶剂分离技术，具有能源消耗低、操作简单等优点。
特别是对于乙醇/水体系的分离，该技术可以实现高效的分离。
因此，研究渗透汽化透醇膜制备及乙醇/水体系的分离具有重要的实际和理论意义。
二、研究内容和研究方法1.制备渗透汽化透醇膜渗透汽化透醇膜是实现有机溶剂分离的关键，因此需要探究其制备方法。
本文计划采用原位电化学聚合法制备渗透汽化透醇膜。
该方法具有简单易行、工艺控制精度高、膜性能稳定等优点。
2.研究渗透汽化透醇膜对乙醇/水混合溶液的分离性能在制备好的渗透汽化透醇膜的基础上，本文将研究其对乙醇/水混合溶液的分离性能。
具体而言，将考察膜的通透性、渗透通量、分离效果等重要性能指标。
3.优化渗透汽化透醇膜分离乙醇/水混合溶液的工艺条件在研究渗透汽化透醇膜对乙醇/水混合溶液分离性能的基础上，还将对其在不同工艺条件下的分离效果进行优化研究，例如：不同温度、不同操作压力、不同初始浓度等。
4.探索渗透汽化透醇膜对其他有机溶剂的分离效果除了乙醇/水体系之外，渗透汽化透醇膜还可以用于其他有机溶剂分离，将探究其对于其他溶剂体系的分离效果，为该技术的推广应用提供重要基础。
本文的研究方法主要包括：原位电化学聚合法制备渗透汽化透醇膜、混合溶液渗透汽化透醇膜处理的性能测试、渗透汽化透醇膜分离乙醇/水混合溶液的工艺条件优化、对其他有机溶剂的分离效果的探究等。
三、预期结果和意义本文预期结果包括：1.成功制备出高性能的渗透汽化透醇膜；2.研究渗透汽化透醇膜对乙醇/水混合溶液的分离性能及其工艺条件，为该技术在工业应用上提供基础和新方向；3.探索渗透汽化透醇膜对其他有机溶剂的分离效果，对该技术的推广应用提供理论依据。
常州金远公司常州太平洋药研所攻克国家科技项目
［６ Ｍ ｌｒＷ ｉＥ ，ｅ ａ．Ｉｔ ｒｅ８ ｆ ｌ Ｓｐｒｔｎｏ １］ ｕｅ ｌ Ｌ ． ｔ １ ｎ．Ｐｏｅ８ ｏ ｔ ｅａ ｉ ｒＩ ｅ ａｏ ｆ
Ｍｅｈ ｎｏ ｒｍ ｈ ｘｕｒ ｔ ｈ ｄ ｏｕａ ｔ ｅｈａ ｏ ｔ ａ ｌｆｏ ｔｅ Ｍｉｔ ｅ ｏ Ｔｅｒ ｙ ｒｆｒ ｎ ｗｉ Ｍ ｔ ｎ ｌ ｆ ａ ｈ
［１ 白鹏 ， 思 强 ， 慧 雄 ， ． 级 脂 肪 醇 与 水 的 分 离 方 １］ 朱 邹 等 低 法 研 究 进 展 ［］化 工科 技 ，０ １９ ３ ： ５ Ｊ， ２０ ，（ ）５ ５— ９ ［２ 王 惠 嫒 ， 松 林 ． 丙 醇 一水 分 离 技 术 进 展 ［］ 上 海 １］ 许 异 Ｊ．
的解决 必将 带来 开 发规 模 化应 用 。随 着 各个 学 科 的
不 断 发展 ， 同分 离方 法的联合 使 用 已成 为 分离方 法 不
的发展 趋势 。
参 考 文 献
［５ 张光旭 ， １］ 王延儒 ， 白桂， ． 卞 等 四氢呋喃 一水恒沸 物萃
取 精 馏 的 模 拟 计 算 ［］ 武 汉 化 工 学 院 院 报 ，０ ３ ２ Ｊ． ２０ ，５
［４ 席 春 光 ， 立 新 ， 庆 丰 ， ． 合 膜 用 于 多 组 分 体 系 １］ 余 郭 等 叠 渗 透 气 化 脱 水 过 程 的 研 究 ［］ 膜 科 学 与 技 术 ，０３ ２ Ｊ． ２０ ，３
（ ：６—１ ３） １ ９
材 料 的选 择 、 制备 和 膜 的使 用 寿命 的解 决 ， 些 问题 这
除 了以上介 绍的常 用 的脱 水方 法之 外 ， 有针 对 还 不 同有 机溶 剂采 用 的特 殊 的 方法 。 比如 生产 无 水 酒 精 ， 统上 的技 术有真 空蒸馏 、 传 三元 蒸馏 法 ， 传统 技 非
脂肪醇的制备方法及其应用现状
脂肪醇的制备方法及其应用现状脂肪醇是合成洗涤剂、表面活性剂、化妆品等精细化工产品的原料，应用于石油化工、日化等领域。
本文介绍了制备脂肪醇的方法，简述了脂肪醇的应用领域。
标签：脂肪醇;表面活性剂;制备脂肪醇按照原料的区别脂肪醇可以分为天然脂肪醇和合成脂肪醇。
前者将天然动植物油脂，经水解得到脂肪酸，脂肪酸加氢还原得到脂肪醇。
后者以石油产品为原料生成脂肪醇。
脂肪醇有很高的附加值，可用于合成洗涤剂、表面活性剂等产品，应用于石油化工、日化等领域。
据统计[1]，2017年国内天然脂肪醇产销量分别为26.15万t和23.94万t。
2017年国内工业用脂肪醇进口总量为34.43万t，工业脂肪醇出口量为0.14万t。
1 脂肪醇的制备方法①皂化法：最早制备天然脂肪醇的方法是皂化法，从动植物中提取原料进行皂化反应生产醇和水，然后蒸馏分离即可得到产物脂肪醇。
②天然油脂直接加氢法：原料天然油脂经过脱胶、脱酸、精炼等预处理，高温高压条件下直接加氢制备脂肪醇。
但是易生成副产物，会大量消耗原料，工业上采用较少。
③钠还原法：将原料醇、金属钠混合反应生产不饱和脂肪醇，该方法可在常压下进行。
但是由于金属钠价格高、消耗大，同时收率较低，该方法已被油脂加氢法替代。
④脂肪酸加氢法：原料油脂水解后生成脂肪酸，将脂肪酸直接加氢反应生成脂肪醇。
但其反应条件苛刻，致使设备造价高，同时目标产物产率低。
⑤油脂加氢法：以天然油脂为原料，第一步与甲醇进行酯化反应生成脂肪酸酯，第二部将脂肪酸酯加氢还原生成脂肪醇。
加氢还原过程催化剂主要是铜基催化剂，反应条件一般在2～30MPa、150～300℃，有Cu-Gr系、Cu-Zn系、Cu-Fe 系等，脂肪醇收率高。
此外还有锌基催化剂Zn-Cr、Zn-Al、Zn-Cr-Al 等，活性低于铜基催化剂，可制备不饱和醇。
其他类型催化剂，如铑、钌等贵金属活性组分，但是成本太高，寿命较短[2]。
该方法也可回收甘油，原料来源广泛，属于可再生能源，符合绿色发展的需求。
具有水脱除的降低能量的醇分离方法[发明专利]
![具有水脱除的降低能量的醇分离方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/11541e240c22590103029d39.png)
专利名称：具有水脱除的降低能量的醇分离方法 专利类型：发明专利 发明人：V·J·约翰斯顿,R·耶夫蒂奇,D·李,A·奥罗斯科,R·J·沃
纳,H·魏纳,周振华,E·达夫 申请号：CN201280002887.7 申请日：201204 26 公开号：CN103108854 A 公开日：20130515
摘要：本发明涉及使用降低能量的方法从乙酸加氢获得的粗乙醇产物回收醇，特别地乙醇。可将 粗乙醇产物给进到蒸馏塔，其中将大部分水和乙酸一起脱除于残余物中。使用变压吸附装置、分子筛 和/或膜可脱除另外的水。也可使用乙醇抽提以减少循环物流中的乙醇浓度。
申请人：国际人造丝公司 地址：美国得克萨斯 国籍：US宇伟 更多信息请下载全文后查看
液液萃取技术在低浓度乙醇水溶液样品检测前处理中的应用探讨
液液萃取技术在低浓度乙醇水溶液样品检测前处理中的应用探讨液液萃取技术是指利用溶剂中混合物的溶解度不同，利用该技术可以对混合液中的溶剂进行抽提，液液萃取技术应用在两种互不相融的溶剂提取或者溶解度很低的溶剂抽提中。
在冶金、化学、食品行业应用的都非常广泛，虽然液液萃取技术被广泛的应用在各种化学试验中，但是整个提取的过程中不会对混合溶剂的化学成分进行改变，所以属一种物理操作。
针对该技术在低浓度乙醇水溶液样品检测中的应用，分析液液萃取技术的特点，希望可以证明液液萃取技术的可靠性。
标签：液液萃取;低浓度乙醇;水溶液样品;检测前处理水中低浓度有机物的检测是对水中水中有机污染物的检测以及对兴奋剂的检测，在这类有机物中具有丰富的氮原子的呈弱极性苯胺以及各种活跃性原子，这类有机物在水中的浓度都非常低，很多的检测仪器不能有效检测出来，所以需要在检测前对溶液进行浓缩。
乙醇的极性非常强，在水中可以乙醇可以和水共同沸腾，不容易被分离，所以检测前把低浓度乙醇的水溶液样品进行处理非常重要。
利用液液萃取技术可以将低浓度的乙醇进行浓缩提取，有利于对水中有机物的提取和检测。
1 低浓度有机物在检测前的处理方法我国目前对于低浓度有机物检测前的处理方法有很多，例如液液萃取、固相萃取、超临界流体萃取、微萃取等方法，其中液液萃取可以对待测溶剂进行有效的提纯，将两种溶解度不同的有机溶液进行有效的萃取分离，对低浓度的乙醇水溶液进行有效的富集处理，进行多次重复萃取，将溶剂中的提取物进行富集。
对待测溶液进行检测前的液液萃取处理时，萃取时间、萃取剂、萃取温度、萃取比较等等都能影响最终液液萃取的效果。
液液萃取技术操作非常简单，萃取之后的准确度也比较高，所以应用的范围非常广，在精细化工的分立中应用的很广泛，某些不利于使用精馏和结晶的方法可以利用液液萃取技术来进行提取。
液液萃取技术需要多次重复萃取，保证结果的精准。
该技术消耗的待测溶剂的容量也比较大，有可能造成二次的环境污染，所以在使用时需要注意。
乙醇与水分离的发展趋势
乙醇与水分离的发展趋势
乙醇与水分离技术是一种重要的化工分离技术，广泛应用于酒精、医药、化妆品等领域。
随着社会经济的快速发展，这一技术也在不断发展。
目前，乙醇与水分离主要采用蒸馏法、萃取法、膜分离法等。
其中，蒸馏法是最常见的分离方法。
但是，传统蒸馏法存在能耗高、环境污染等问题，因此，工程师们在不断改进蒸馏设备和工艺流程，以降低成本和提高效率。
萃取法和膜分离法则是近年来快速发展的技术。
萃取法利用不同的萃取剂将乙醇和水从混合物中分离出来，其分离效率高，但操作难度大。
膜分离法则是通过选择性透过某些介质的膜，将混合物分离成两个部分，具有分离效率高、节约能源等优点，但目前还面临着成本高、膜的寿命短等问题。
未来，随着科技的不断发展，乙醇与水分离技术也将会不断进步。
人们将会更加关注环保和节能问题，并探索更加高效、低成本的分离方法，以满足不断增长的需求。
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X 、Y 原料液、透过液中组分的质 量浓度, 下标 W 水, a 醇。
亲水性水优先透过膜的应用最广, 下面详细
讨论操作参数对亲水膜性能的影响。
1. 3. 1 原料液组成对 、Jd 的影响 随着原料液中醇浓度的增大, 使得原先具有
亲水性, 可为水所溶胀的膜体收缩, 膜体内自由体
积变小, 导致渗透通量 Jd 随之减少。醇的相对体 积较大, 受到的阻力也大, 导致分离系数增大; 当
2 蒸汽渗透法
从文献报道的数量来看, 蒸汽渗透过程的研 究工作要比渗透汽化法少得多。但是与渗透汽化 法相比, 蒸汽渗透具有某些独特的优点:
( 1) 蒸汽渗透过程中膜的溶胀没有渗透汽化 法严重, 膜的使用寿命更长[ 11] ;
( 2) 与蒸馏技术相结合, 蒸汽渗透法可直接处 理塔顶蒸汽, 过程简单[ 12] ;
4 超临界流体萃取
超临界流体萃取简称 SFE( Supercrit ical F luid Ex tract ion) , 是以高压超临界的流体为溶剂, 萃取 所需组分, 然后采用恒压升温、恒温降压和吸附 ( 吸收) 等手段将溶剂与所萃取的组分分离。它是 近 20 年兴起的一种新型分离技术, 特别适用于提 取和分离难挥发和热敏性的物质, 在医药和食品 工业中都有广泛的应用前景。
棉籽油的萃取剂, 还用于脱水剂, 防冻剂和香料;
异丁醇和仲丁醇用作抗乳化剂, 染料分散剂, 增塑
剂, 涂料硝基喷漆的助溶剂。工业生产中对各类 低级脂肪醇的用量很大, 由于醇的生产过程中不
可避免的含有水, 大多数醇能与水形成二元共沸 物[ 1] ( 见表 1) , 普通精馏方法不能达到分离目的, 使得醇水的分离难以实现, 这就迫使研究者开发
1 膜分离器; 2 搅拌器; 3 二通阀; 4 冷阱; 5 缓冲瓶; 6 二通阀; 7 真空泵 图 1 渗透汽化分离装置图
采用渗透汽化法从有机溶液中除水是一种高 效经济的手段, 具有设备体积小、能耗低、分离效 率高、无二次污染的优点。虽然渗透汽化方法相 对于其他传统分离方法在技术上还不成熟, 但是 已经表现出有相当的应用前景[ 1~ 6] 。
关键词: 膜方法; 精馏; 超临界萃取; 吸附; 醇/ 水混合物; 脱水 中图分类号: T Q 223. 1 文献标识码: A 文章编号: 1008 0511( 2001) 03 0055 05
低级脂肪醇都是重要的化工原料, 其中甲醇、
乙醇大量用于油漆、油墨、清漆、染料, 也是制造农
药、医药、塑料、合成 纤维的原料; 丙 醇是合成树 脂、天然橡胶的溶剂; 异丙醇是优良的脱蜡溶剂,
值得注意的是, 同样是亲水性膜, 在引入憎水 性基团后, 其亲水性会减弱; 反之, 引入亲水性基 团则得到增强。例如 PVA 膜, 加入聚丙烯腈做机 械支撑后, 机械性能有所提高, 亲水性大大降低; 随后用 NaOH 和甲醛的水溶液浸泡, 亲水性又得 以增强。
醇优先透过膜可以直接用于含醇较少的稀溶 液[ 4, 5] , 聚二 甲 基硅 氧 烷 ( polydimet hyl siloxane, PDMS) 膜是常用的醇选择性透过膜。
醇优先透过膜随醇的浓度逐渐升高, 分离系 数 下降, 渗透通量 J d 加大; 渗透通量 J d 同样遵 循 Arrhenius 方程, 温度升高, Jd 增大。
目前制约渗透汽化法进入大量工业应用的是 膜的使用寿命短, 而且价格昂贵, 制造具有较长使 用寿命的膜是推动这一技术进入广阔应用领域的 关键。
新的分离方法。低级脂肪醇与水的分离是一类很
有共性的过程, 目前的众多研究中, 有关使用各种
复合膜的渗透汽化法的报导占大多数, 制取选择性 好、渗透通量大, 使用寿命长的膜是这一领域的目
标。另外有蒸汽渗透、共沸精馏、萃取精馏、超临界
萃取、吸附方法的研究报导。下面分别就各类分离
方法加以评述。
表 1 醇 水形成的二元共沸混合物
3 特殊精馏方法
普通精馏难以实现醇 水共沸物的分离, 研究 者将共沸精馏和萃取精馏应用于这一类体系, 在
工艺上继承了传统的 共沸精馏和萃 取精馏的流
程。
对于共沸精馏研究的重点在于选择经济合适
的共沸夹带剂。最早实现工业化的是用苯共沸精
馏精 制乙 醇, Sait o Hirotaka[ 15] 用 甲基 叔丁 基醚
醇
乙醇 丙醇
异丙醇 丁醇
异丁醇 仲丁醇
叔丁醇 戊醇
沸点/ 78. 32 97. 2 82. 4 117. 7 107. 9 99. 50 82. 50 138. 0
共沸点/ 78. 15 87. 7 80. 3 92. 7 89. 92 88. 5 79. 91 95. 95
w ( 醇) / % 95. 60 28. 3 87. 4 57. 5 33. 2 32 11. 76 54
( 3) 从工业生产的统计数据表明, 蒸汽渗透法 的生产成本更低[ 13] 。
蒸汽渗透法应用于醇/ 水分离优先考虑使用 亲水性膜[ 11~ 13] , 如聚乙烯醇膜, 藻酸膜, 壳聚糖
膜, 醋酸纤维素膜。也采用了水优先透过的疏水 性膜[ 14] , 如聚氯乙烯和聚苯乙烯。
虽然蒸汽渗透的应用广泛, 但渗透分离行为 却不能令人满意。蒸汽渗透过程要求在高于料液 沸点的条件下进行, 要求分离膜具有良好的化学 稳定性和热稳定性, 新型膜材料的研究是蒸汽渗 透过程研究的重点。
a 组分 A 、B 传 质方向的 浓度分布; b A 、B 通 过膜的 路径, A 为选择性透过物质, F 为进料侧, P 为透过侧
图 3 传质模型
图 3b 表明选择性透过组分 A 在聚合物内部 的吸附 解吸较 B 容易, 得以迅速通过, 其路径在
宏观上表现为直线。如果 A 代表水, 则该膜为对
水选择性透过膜。 1. 3 膜性能的衡量参数及操作参数的影响[ 4~ 9]
收稿日期: 2001 02 19 作者简介: 白鹏( 1961 ) , 男( 汉族) , 博士, 副研究员。现 从 事精细化工分离过程的理论研究 以及精 细化工 产品和 技 术的开 发。主 要 技术 成 果 有动 态 累积 高 效分 批 精 馏 技 术、高纯均三甲苯生产技术等。发表学术论文 20 余篇。
用膜方法进行分离被认为是所有节能分离技 术中最有前途的方法, 当需要对一些混合物例如 组分间沸点接近的共沸混合物进行分离, 采用精 馏技术就显得很困难, 而渗透汽化法相对简单可 行, 其中很有价值的应 用就是醇/ 水混合 物的分 离, 乙醇、异丙醇、甲醇、丙醇的脱水已经在实验室
56 !
化工科技
膜性能用渗透通量 Jd 和分离系数 来衡量:
Jd= Wd/ ( A t )
水优先透过膜的分离系数定义为:
= ( Y W / Ya ) / ( X W / X a) 醇优先透过膜的分离系数定义为:
= ( X W / X a ) / ( YW / Ya) 其中 W 透过液质量, d 膜厚度,
透过
液密度, A 膜的有效面积, t 取样时间间隔,
( M T BE) 做夹带剂精制乙醇, 用连续法以回流比
2. 9 从 塔 顶 馏 出 物 M T BE 水 混 合 物 中 回 收 MT BE 循环使用, 塔底产出质量分数 99. 8% 的乙 醇。环己烷被证明是良好的共沸夹带剂[ 16] , 其与
醇和水形成的二元共沸物见表 2。
表 2 环己烷与醇、水形成的二元共沸物
第3期
白 鹏 , 等. 低级 脂肪醇与水的分离方法研究进展
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醇含量高达一特定值时, 使得膜致密到体积较小 的水优先通过这种趋势开始减弱时, 分离系数才 开始下降; 当醇含量进一步增加, 膜的收缩使膜内 自由体积小到水分子的扩散迁移也受阻时, 则 逐渐降低。图 4( a) 显示了这种变化规律。
综述专论
化工科技, 2001, 9( 3) : 55~ 59 SCIENCE & T ECHNO LOGY IN CHEM ICA L I NDU ST RY
低级脂肪醇与水的分离方法研究进展
白 鹏, 朱思强, 邬慧雄, 刘劲松, 曹吉林
( 天津大学化学工程研究所, 天津 300072)
摘 要: 介绍了用于分离醇/ 水混合物的渗透汽化法、蒸汽渗透法、共沸 精馏法、萃取 精馏法、超临界 萃取和吸附法, 具体分析了各类方法的特点和应用前景。认为膜方法将是这一领域最有前途的技术。
( a) 原料液醇浓度 X a 的影响; ( b) 操作温度 T 的影响 图 4 操作参数对膜分离能力的影响
1. 3. 2 温度对 、Jd 的影响 相同进料组成下操作温度 T 对膜的选择性
渗透的影响如图 4( b) 所示。J d 与 T 的关系符合 A rrhenius 方 程: J d/ J 0 = ex p( - E / RT ) , 其中 E 为表观渗透活化能。温度升高, J d 变大, 醇水混 合物在膜内停留时间相对缩短, 还没有有效分离 便穿过膜体, 这是导致 下降的主要原因。
第9卷
规模上取得良好分离效果[ 2] 。
1. 1 膜的类型 按膜的宏观结构分, 目前用作醇/ 水分离的大
多数为平板片状膜[ 2~ 9] , 起分离作用的分离层强 度很低, 需要支撑层做机械支撑; 只有少数制成中 空纤维膜[ 10] , 其结构类似于壳管 换热器, 如 图 2 所示。
1. 2 传质机理 渗透汽化过程存在相的转变, 进料侧为液相,
第 1 组分 水
乙醇 丙醇 异丙醇