新型萃取精餾回收廢水中乙腈工藝技術(shù)

王 歡，崔樂樂

（沈陽科技學(xué)院，遼寧沈陽 110167）

乙腈是一種重要的化工原料，同時也是一種重要的有機溶劑。在生產(chǎn)過程中，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。在實際生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要將乙腈從乙腈廢水中分離出來重新使用，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；第二步采用一個塔加壓精餾、另一個塔減壓精餾，通過不同的壓力變化來改變乙腈-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、乙腈收率低等問題。采用萃取和精餾相結(jié)合的分離工藝來分離乙腈廢水可以得到高純度的乙腈，但在乙腈萃取過程中常用的萃取劑乙二醇沸點高，回收能耗大，須選擇更適合的萃取劑。

本課題通過對一系列萃取劑的實驗篩選考察，選取一種沸點低、易回收的萃取劑，并采用離心萃取強化物系內(nèi)萃取劑的傳質(zhì)過程；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 實驗部分

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)保機械有限公司）；GXCQ-500 型萃取劑罐（上海輝展實驗設(shè)備有限公司）；PT-1500L 型乙腈廢水罐（重慶賽普實業(yè)有限公司）；2J-X 2.0/25 型萃取劑計量泵（上海中成泵業(yè)制造有限公司）；QHX-250 型乙腈廢水計量泵（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 實驗方法

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：萃取劑沸點與被分離組分沸點溫差較大，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-水物系是強極性共沸物系，為了破壞其共沸點，必須引入強極性物質(zhì)，根據(jù)萃取劑總體選擇原則，并通過查閱文獻性質(zhì)對比，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，各攪拌一定時間，轉(zhuǎn)移至分液漏斗中，再靜置數(shù)分鐘，取萃取有機相進行微量水含量分析。

1.2.3 萃取工藝流程圖及離心萃取工藝簡述

（1）萃取工藝流程圖

（2）離心萃取工藝流程簡述 開啟離心機萃取裝置V0101，待萃取裝置穩(wěn)定后，分別開啟萃取劑計量泵P0101、乙腈廢水計量泵P0102，控制萃取劑進料量及乙腈廢水進料量，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，萃取有機相精餾備用，平行做3 次實驗。

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

（2）連續(xù)精餾工藝簡述 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，萃取有機相進口位置為第10 塊塔板，進料量為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物質(zhì)的乙腈混合液進入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，萃取有機相進口位置為第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，取萃取有機相進行微量水含量分析，通過萃取有機相的微量水含量來確定萃取劑的選擇。分析結(jié)果見表1。

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

通過比較分析，乙腈的沸點是81~82℃，二氯甲烷的沸點是39.8℃，二者沸點相差大，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)過萃取所得到的有機相中水含量低于其他溶劑萃取得到的有機相中的水含量，且價格低廉、溶劑易得。因此，通過實驗確定，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

控制萃取劑進料量為200mL·min-1，乙腈廢水進料量為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℃，萃取有機相精餾備用。取水相進行乙腈含量分析，平行做4 次實驗，所得分析結(jié)果與普通攪拌萃取水相乙腈含量分析結(jié)果對比，確定萃取方式，結(jié)果見表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，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，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)熱萃取有機相后回收，提高了精餾系統(tǒng)的熱利用率。平行3 次精餾實驗，得到乙腈回收率及萃取劑損失，結(jié)果見表3。

表3 連續(xù)精餾工藝實驗數(shù)據(jù)Tab.3 Experimental data of continuous distillation process

由表3 可見，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。