山 东 化 工
收稿日期：２０２０－０４－２２
作者简介：李小平（１９６８—），山东青岛人，工程师，本科，研究方向为环保管理。
李小平１，赵永滕２
（１．中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司，山东淄博 ２５５４０８；
２．青岛科技大学化工学院，山东青岛 ２６６０４２）
摘要：本文探究了混合萃取剂用于处理含三个二元共沸物的四氢呋喃－乙醇－水体系分离的三元萃取精馏工艺。基于相对挥发度曲
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线，筛选出二甲基亚砜（ＤＭＳＯ）和乙二醇（ＥＧ）两种具有较好分离性能的单一萃取剂。基于序贯迭代优化方法，以最小年总花费（ＴＡＣ）
为目标，对提出的使用混合萃取剂的分离工艺进行了参数优化，进而确定了最优的混合萃取剂组成（
６０％ＤＭＳＯ＋４０％ＥＧ）。结果表明，混合萃取剂的使用可以通过调整两个萃取精馏塔的分离表现来权衡两个萃取精馏塔能耗，故而其具有更好的经济性表现。关键词：萃取精馏；混合萃取剂；年总花费；共沸物中图分类号：ＴＱ０２８．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０２０）１２－００３４－０５office97
ＳｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＴｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎ－Ｅｔｈａｎｏｌ－ＷａｔｅｒＢｉｎａｒｙＡｚｅｏｔｒｏｐｅｂｙ
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ＬｉＸｉａｏｐｉｎｇ１，ＺｈａｏＹｏｎｇｔｅｎｇ
２
（１．ＳｉｎｏｐｅｃＱｉｌｕＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐａｎｙ，Ｚｉｂｏ ２５５４０８，Ｃｈｉｎａ；
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sack２．ＱｉｎｇｄａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６０４２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｔｅｒｎａｒｙｅｘｔｒａｃｔｉｖｅｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒｔｈｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎ－ｅｔｈａｎｏｌ－ｗａｔｅｒｓｙｓｔｅｍｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｔｈｒｅｅ
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ｂｅｔｔｅｒｅｃｏｎｏｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｘｔｒａｃｔｉｖｅｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ；ｍｉｘｅｄｓｏｌｖｅｎｔ；ｔｏｔａｌａｎｎｕａｌｃｏｓｔ；ａｚｅｏｔｒｏｐｅ
１ 研究背景
四氢呋喃（ＴＨＦ）和乙醇是化学和制药工业中常用的有机溶剂。在甲基炔诺酮等药品生产过程中会产生含有四氢呋喃
和乙醇的废水［１］
，处理不当，就会造成环境污染和资源浪费。
然而由于共沸物的存在，常规精馏［
２］
难以实现ＴＨＦ－乙醇－水的有效分离。
特殊精馏工艺像是共沸精馏［３］、变压精馏［４］和萃取精馏［
５］
等被广泛用于共沸物的分离。其中，萃取精馏因实现混合物高纯度分离所需的萃取剂用量少且容易获得等特点，在工业生产
中应用广泛。Ｗａｎｇ等人［６］
使用有机溶剂Ｎ，Ｎ－二甲基甲酰胺（ＤＭＦ）作为萃取剂，通过萃取精馏工艺，实现了甲缩醛－甲醇
体系的高纯度分离。为了进一步降低过程能耗，Ｄａｉ等人［７］
使
用混合萃取剂邻二甲苯和Ｄ
ＭＳＯ分离苯－环己烷共沸物系，发现较使用单一萃取剂相比，混合萃取剂工艺具有更好的经济表现。
常压下ＴＨＦ－乙醇－水三元体系中存在三种二元共沸物。
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Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ等人［８］
指出，如果初始三元混合物中含有多种共沸物，则应进行二次萃取精馏。因此，在选择萃取剂时，应考虑萃取剂在两个萃取精馏塔内的分离性能。使用单一萃取剂的萃取精馏工艺，很难去平衡两个萃取精馏塔的分离性能。而将两种具有较好分离性能的萃取剂（一种在萃取精馏塔１中具有较好分离性能，一种在萃取精馏塔２中具有较好分离性能）进行
混合［９］
，
通过调整混合萃取剂的组成，进而权衡两个萃取精馏塔的能耗，能够获得更好的经济效益。
本文探究了使用混合萃取剂萃取精馏用于ＴＨＦ－乙醇－
水的分离工艺。采用序贯迭代优化程序，基于最小ＴＡＣ，对工
艺进行了参数优化，确定了最优工艺参数，进而确定了最优的混合萃取剂组成。
２ 萃取剂的筛选
萃取剂的筛选对于萃取精馏工艺来说是至关重要的，相对挥发对高的萃取剂能够有效的减少萃取精馏工艺的能耗。有机溶剂像是ＥＧ、ＤＭＳＯ、甘油和环丁砜等通常被用于萃取精馏
过程。相对挥发度曲线法［
１０］
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是萃取剂筛选最为常用和直观的筛选方法。根据萃取剂极性，采用介电常数对其进行了初步筛选，筛选出ＤＭＳＯ、ＥＧ、ＤＭＦ和二甲基乙酰胺（ＤＭＡＣ）四种潜在
的萃取剂。由于Ｔ
ＨＦ－乙醇－水体系中存在三种二元共沸物，故而在萃取精馏塔１中需要打破ＴＨＦ－乙醇和ＴＨＦ－水的共沸，在萃取精馏塔２中需要打破乙醇－水的共沸。为了确定最优的萃取剂，分别探究了这四种萃取剂对于三个二元共沸物系
汽液相平衡（
ＶＬＥ）的影响，结果如图１所示。图１为萃取剂与进料摩尔比为１时，对应的不同萃取剂对于ＴＨＦ－乙醇、ＴＨＦ－水以及乙醇－水体系的气液相平衡的影响。结果表明，ＤＭＳＯ和ＥＧ能够明显
增大ＴＨＦ－乙醇、ＴＨＦ－水以及乙醇－水体系的相对挥发度。因此，本文选用ＤＭＳＯ和ＥＧ作为两种最优的单一萃取剂，用于ＴＨＦ－乙醇－水三元混合物的分离。此外，对于ＴＨＦ－乙醇和ＴＨＦ－水体系的相对挥发度改变程度，ＤＭＳＯ要明显由于ＥＧ，而对于乙醇－水体系，ＤＭＳＯ对于其相对挥发度的改变程度要弱于ＥＧ，这就意味着，ＤＭＳＯ在萃取精馏塔１中具有更好的分离性能而ＥＧ在萃取精馏塔２中具有更好的分离性能。
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４３·ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ ２０２０年第４９卷
