1、二甲基亚砜水混合物的分离研究第 3o 卷第 2 期2004 年 4 月东华大学【自然科学版)JoURNALoFDoNGHUAUNIVERSITYVoL3O,No.2Apr.2004二甲基亚砜/水混合物的分离研究徐维浩,陈寅生,陈东辉.,刘建奇.(1.东华大学化学与化工学院,上海,200051;2.东华大学环境科学与工程学院,上海,200051)摘要在间歇精馏实验装置中,研究了二甲基亚砜和水的精馏分离.通过实验考察了塔顶与塔釜浓度的变化以及回流比,压力,填料等工艺条件对间歇精馏过程的影响,为工业上回收利用二甲基亚砜提供实践和理论基础.关键词:精馏,分离,二甲基亚砜中图分类号:TQ028.13二甲
2、基亚砜(DMSO)是生产共混聚醚砜中空纤维膜的重要反应溶剂,它具有溶解度高,沸点高,产品性能好的特点1. 由于二甲基亚砜在生产中用量较大,为了降低生产成本,解决环保问题,必须对二甲基亚砜进行回收利用.间歇精馏是常用的化工分离方法,其工艺简单,特别适用于二元混合物的分离3.这里采用间歇精馏的操作方式,在小型精馏塔中系统地考察了回流比,操作压力,加热量等工艺条件对分离过程4的影响,目的是为工业应用提供理论和实践基础.1 实验部分1.1 原料料液为二甲基亚砜(上海松凯实业有限公司分析纯)2u 水配制而成.常压下二甲基亚砜的沸点为189.1.2 实验装置与流程本实验使用的精馏塔是天津大学化工学院生产的
3、夹套玻璃填料塔,内径 j230mm,高 2m,塔釜为容积 1.0L 的三口蒸馏瓶.塔内填充 0 网环填料,玻璃夹套内缠绕了电热丝.通过外界的调压变压器调节加热电压,以便对塔身进行保温与控制,精馏塔顶为玻璃蛇型冷凝器,回流比由 DH48S 型时间程序控制器设置,控制和调节.实验装置如图1 所示.实验时先在蒸馏瓶加入约 0.8L 的料液,二甲基亚砜质量分数()Xw 一 0.3,塔顶冷凝冷却器通冷却水冷却;开启塔釜电加热器加热电源,并通过收稿日期:200210251.冷凝器;2.冷却水;3.精馏塔;4.塔釜图 1 填料塔示意图PI 调节器控制塔釜的加热量与釜温,塔体的保温电压由变压器调节与控制.当水
4、蒸气到达塔顶冷凝时,使之全回流,同时观察到塔顶温度的变化,稳定后调节回流比的大小,使二甲基亚砜和水在塔内得以分离.1.3 分析方法采用上海光学仪器厂生产的 WZS 一 1 型阿贝1.33441.38441.43441.4844折射率图 2DMSO-H20 二元体系折射率及组成标准曲线加lOOOOOv 籁求删峰 0蛊口2 期徐维浩等:二甲基亚砜/水混合物的分离研究 107折光仪分析.利用 501 型超级恒温器恒温 25,利用阿贝折光仪测量其折光率,在图 2 标准浓度一折光指数曲线上读取其浓度值.2 实验结果与讨论2.I 塔釜浓度随时间的变化间歇精馏是典型的非稳态传质过程,釜中溶液组成及相关参数随
5、时间变化.因为间歇精馏塔只有精馏段,在操作过程中,釜液轻组分浓度随精馏的进行而不断下降.馏出液的浓度改变时,馏出温度成连续变化,这种过渡是逐渐完成的,过程分离的效果较好.图 3 中给出的是 R 一 3 时,精馏过程中塔顶与相应釜液的浓度变化.由图中可以看出,在全部精馏过程中,塔顶和塔釜中的馏份的浓度平稳变化,没出现拐点,突变,也没发现恒沸点,这说明二甲基亚砜和水的混合溶液为理想溶液.V蟋0=凸1.OOO.8OOl2345678时间/h图 3 釜液浓度的变化2.2 回流比的影响对于精馏过程来说,无论普通精馏,还是特殊精馏,回流比都是影响分离过程的重要因素.增大回流比,固然有利于提高产品的纯度,但
6、回流比的增大是以能耗的增加为代价的,从经济的角度来说并不合理,因此必须结合工艺要求与能耗指标的具体情况来选择适宜的回流比的大小.若两组分的平衡线与精馏段操作线相交在轴的位置为,则r 干一懈+6 式中 m-而 R6 一而 XD 或 m(a-1)xq-Emq-b(a-1)一 a+6=0,由此式可解出一一b(a 一 12 塾丝二一垦一(a 一 1)x;+R+1R+I 一髭一R(a 一 1)x;+R_z一(a 一 1)x+一而 XDl+(1 一)+一;若以工艺要求的釜液最终浓度代替,则求出的回流比就是操作终了时的最小回流比 R.在计算中 o 一 0.99.因为 DMSO 一水双组分体系与 Raoult
7、 定律偏差不大,因此相对挥发度 a 可按理DO想溶液计算则 a 一,即可以得到的 R,实际回rB流比为最小回流比的 1l_5 倍.从图 4 可以看到当低于 0.03 时,回流比急剧上升,若增加回流比不但热量消耗大而且蒸馏时间过长,不利于实际的生产.从图 5 的结果我们可以看到,随着回流比的增加,塔顶的二甲基亚砜的纯度有所增加,但变化不大,也就是说回流比对二甲基亚砜的纯度影响不太明显,因此,精馏塔可以在回流比 R 一 34 的情况下,得到较纯的二甲基亚砜.V籁求棚峰0苫凸1.000O.9950.9900.9850.9800.975O.97O0.965质量分数(%)图 4 溉与回流比 Rn-n 之
8、间关系Ol2345678回流比 R图 5 回流比对纯度的影响O8642Oul 筮匣lO8 东华大学(自然科学版)第 3O 卷2.3 理论塔板数 n二甲基亚砜和水的混合溶液为理想溶液.由此我们可以对间歇精馏的理论板数进行计算.其中平衡线方程和操作线方程分别为=rF,一 R1)xRz+时,可以利用 l+(n 一一+lR+lHJ 厂仃图解法进行计算,理论塔板数为 4 块.图 6 间歇精理论板数的计算2.4 压力的影响系统的压力是影响蒸馏操作获得理想分离效果的重要因素.通常是希望系统的压力越低越好,但由于混合物的分离,系统的压力越低,组分间的相对挥发度差越小,彼此间的分离就越困难.从表l 中我们可以看
9、到在常压的情况下,精馏分离已经达到了较好的效果,压力只影响塔顶与塔釜的温度,对二甲基亚砜的纯度影响不大.表 1 在 R=3 的情况下分离二甲基亚砜实验结果2.5 填料的影响填料的理论当量高度与压降是关系到满足特定分离要求的精馏塔设计与操作中的重要参数.在小试实验中采用 0 网环填料,它具有较大的表面积,较高的持液量有利于气液相间的相际传质,且填料具有压降小和较大的气液相负荷性能,有利于分离操作.丝网波纹填料比 0 网环填料具有更好的性能,可用于工业上二甲基亚砜与水的分离.2.6 回收率的计算对于 DMS0 一水系的精馏,在主要任务是回收DMSO,并要求回收浓度达到 99 以上.DMSO 在此混
10、合物中是重组分.以 XW 表示轻组分在釜中的浓度,间歇精馏开始时,全部料液 w.置于釜底,其中 DMSO 的含量为 w.(1 一 z).当精馏结束时,绝大部分水已经被蒸馏出来,此时釜内的 DMSO 的浓度为 w(1 一 XW),使我们获得的产品.因此定义重组分 DMSO 的回收率为,一100%表 3 塔釜浓度和 DMSO 的回收率的关系R 一 0?54,系统压力 101?325kPa,一 0?73 结论在小型玻璃精馏塔中进行了间歇精馏分离二甲基亚砜和水的分离实验,获得了分离该混合物的工艺条件:操作压力可以为常压,回流比控制在R 一 34,控制塔釜温度为连续升温,温度最后控制在 165.通过 z
11、 与回流比 R 的关系,可以知道,若分离要求达到 97%,还是比较容易实现的,而且具有较好的回收率.参考文献1张金凤.二甲亚砜的市场开发前景.化学工程,1988,19(3):414523 中国医药公司.试剂手册.上海:上海科学技术出版社 ,1980:50550633 汤恩旗 .间歇精馏的操作分析与设计.天津纺织工学院,1996,15(4):767843CJudsonKing.SeparationProcess.NewYork:Mcgra“一Hill,1980:243248(下转第 112 页)112 东华大学(自然科学版)第 3O 卷3 结论通过以上方法对两种油剂结构与性能的分析,结合高速纺丝
12、油剂要求的特点,GW 一 2000 油剂的耐热及高温受热后结焦残留等性能均优于进口AZ 一 6O 油剂.Eli2E3参考文献李伟文.浅析羟值的测定及其影响因素.苏州丝绸工学院学报,1997,17(5):2729郑帼,李俊生,徐进云.PA6720 锦纶弹力丝后加工油剂的研究及应用.天津纺织工学院,1998,17(1):64 6910C 利帕托夫.聚合物物理化学手册(第三册).北京: 中国石化出版社,1995ResearchofStructuresandPropertiesonSpin-finishesforHighSpeedSpinningofNylon 一 66GUOJian-guo,HESu
13、qin,ZHUChengshen,ZHANGYicong,YANGJingxian(SchoolofMaterialsEngiaeering,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou,450052)AbstractThepropertiesofdomesticandimportnylon-66high-speedSpinningfinishsuchassaponification,acidvalue,cloudpoint,thermostability,propertyofviscosity-temperatureandviscosity-concentrationhadbe
14、enstudiedcomparativelybytitration,TGandFTIRinthispaper.Resultsindicatedthattheacidvalueofdomesticfinishis0.54,thevalueofsaponificationis18.08.Theviscositychangesslightlywiththeconcentrationandtemperatureoffinish.Thebeginningdecompositiontemperatureis378.6.TheseresultsshowthatGW 一 2000cansatisfyrequi
15、rementofhigh-speedspinningofnylon-66,anditspropertiesaretantamountorprecedingtoimportproduct(AZ 一 60).:nylon66,finishforhighspeedspinning,structure,property(上接第 108 页)SeparationofDimethylsulfoxideandWaterMixtureXUWeihao,CHENYinsheng,CHENDong-hui,LIUJianqi(1_CollegeofChemistryChemicalEngineering,Dong
16、huaUniversity,Shanghai200051;2.CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering,DonghaUniversity,Shanghai200051)AbstractThedimethylsulfoxideandwatermixturewasseparatedinalaboratorydistillationtower.Therelationshipofdistillationquantityandtemperaturewasstudiedanddiscussed.TherecoveryconditionofDMSOinadistillationtowerwaSalsostudied.Theobtainedresultsareveryusefulandcanbeusedforthetheoreticalandpracticaldiscussioninindustryutilization.dimethylsulfoxide
