間歇精餾分離喹啉和異喹啉的模擬

1、、 ／ ． 0 l _ 3 1No ． 4Oc t o b e r2 0 l 4安 徽 工 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報(bào)( 自然科學(xué)版)J ． o f A n h u iU n i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y ( N a t u r a lS c i e n c e 、第 3 1 卷 第 a S 2 0 1 4 年 1 0 月文章編號 ： 1 6 7 1 — 7 8 7 2 ( 2 0 1 4 ) 0

2、 4 — 0 3 8 0 — 0 4間歇精餾分離喹啉和異喹啉的模擬 許立信 ， 徐艷艷 ， 李曉峰 。 孫傳峰’ ， 李 杰 ’ ， 陳光遠(yuǎn) ( 1 ． 安徽工業(yè)大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院， 安徽 馬鞍山 2 4 3 0 0 2 ； 2 ． 西北化工研究所， 陜西 西安 7 1 0 6 0 0 )摘要： 采用 A s p e nB a t c hD i s t i l l a t i o n 對喹 啉 、 異 喹啉 二元體系進(jìn)行 間歇精

3、餾 模擬計(jì)算 。研究塔板 數(shù) 、 回流比 、 塔頂壓 力 、 進(jìn)料 組 成 、 塔底蒸汽流量 、 精 餾時(shí)問對塔頂喹啉質(zhì) 量分?jǐn)?shù)和收率 的影 響。得出較優(yōu)的間歇精餾參數(shù) ： 塔板數(shù)為 6 O ， 圓流 比為 8 ， 塔 頂壓 力為 6k P a ， 進(jìn)料喹啉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 7 0 ％， 塔釜蒸汽流量為 3 0k g ／ h ， 精餾 時(shí)問為 1 6h 。此 時(shí) ， 塔頂喹啉 的純度最高可達(dá) 9 9 ． 2 ％， 收率 為7 1 ． 0 ％。

4、關(guān)鍵詞 ： 間歇精餾 ； 模 擬 ； 優(yōu)化 ； 喹啉 ； 異喹啉 中圖分類號 ： O 6 2 6 ． 3 2文獻(xiàn)標(biāo) 志碼 ： Ad o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 0 ． i s s n ． 1 6 7 1 — 7 8 7 2 ． 2 0 1 4 ． 0 4 ． 0 1 1S i m u l a t i o no ft h eS e p a r a t i o no fQ u i n o l i n ef r o mI s o

5、q u i n o l i n eb yB a t c hDi s t i l l a t i o nXU I A x i n ’ ， XU Ya n y a n ’ ， LIXi a o f e n g ~ ， S UN Ch u a n f e n g ’ ， LIJ i e ’ ， CHEN Gu a n g y u a n( 1 ． S c h o o lo fC h e mi s t r ya n dC h e mi

6、c a lE n g i n e e r i n g ， A n h u iU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y , Ma ’ a ns h a n2 4 3 0 0 2 ， C h i n a ；2 ． T h eNo r t h we s tR e s e a r c hI n s t i t u t eo f C h e mi c a lI n d u s t r y , Xi ’ a

7、 n 7 1 0 6 0 0 ， C h i n a )Ab s t r a c t ： Us i n gAs p e nBa t c hDi s t i l l a t i o n ， b a t c hd i s t i l l a t i o no fq u i n o l i n e — i s o q u i n o l i n eb i n a r ys y s t e m wa ss i mu l a t e da n

8、dc a l c u l a t e d ． T h ee fe c to ft h en u mb e ro fp l a t e s ， r e f l u xr a t i o ， c o n d e n s e rp r e s s u r e ， f e e dc o mp o s i t i o n ，r e b o i l e rs t e a m f l o w r a t ea n dd i s t i l l

9、a t i o nt i m eo nt h ec o n t e n ta n dy i e l do fq u i n o l i n es e p a r a t i o nwa ss t u d i e d ． T h eo p t i m a lv a l u e sa r ea sf o l l o ws ：t h en u mb e ro fp l a t e s6 0 ，r e f l u x r a t i o8

10、，t h ec o n d e n s e rp r e s s u r e6k P a ，t h ef e e dq u i n o l i n ec o n t e n t7 0 ％ ． t h er e b o i l e rs t e a m f l o wr a t e3 0k g ／ ha n dt h ed i s t i l l a t i o nt i m e16h ． Th ep u r i t ya n dt h

11、 ey i e l do f q u i n o l i n er e a c h9 9 ． 2 ％ a n d7 1 ． 0 ％。 r e s p e c t i v e l y , u n d e rt heo p t i ma lb a t c hd i s t i l l a t i o nc o n d i t i o n s ．K e ywo r d s ： b a t c hd i s t i l l a t i o n

12、； s i m u l a t i o n ； o p t i m i z a t i o n ； q u i n o l i n e ； i s o q u i n o l i n e喹啉和異喹啉是重要 的有機(jī) 中間體n ， ， 廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥 、 農(nóng)藥 、 染料和化學(xué)助劑等領(lǐng)域 。喹啉 、 異喹啉 的分離方法有精餾法 、 結(jié)晶法 、 絡(luò)合法 、 鹽酸。 苯逆流萃取法等。周夏萍等 1 以喹啉殘液為原料 ， 用精餾法獲得 了9 5 ％

13、～ 9 8 ％的喹啉 、 異喹啉與 甲基喹啉產(chǎn)品 ， 總收率達(dá) 8 0 ％～ 8 5 ％。H a r a o k a 等0以三烷基氨基化合物為溶劑 ，用多步結(jié)晶的方法提純異喹啉 ， 純度達(dá)到 9 9 ． 9 ％， 收率達(dá)到6 2 ％。H o t t a 等 用絡(luò)合法從異喹啉與銅形成的配 合物 中得到純度為9 9 ． 8 ％的異喹啉 。結(jié) 晶法 、 絡(luò)合法 、 萃取法均使用酸為萃取劑 ， 對設(shè)備材質(zhì)要求較高 ； 結(jié)晶 時(shí)存在共溶共結(jié)晶現(xiàn)

14、象 ， 對原料的純度要求較高。相 比而言， 精餾法分離法操作簡單 ， 便于操作和控制。相比連續(xù)精餾 ， 間歇精餾 卅 操作靈活， 操作彈性大 ， 設(shè)備投資小 ， 可以單塔生產(chǎn)多種產(chǎn)品， 適合小批量 、高附加值產(chǎn) 品的生產(chǎn) ， 廣泛應(yīng)用于食品 、 藥 品、 聚合物、 染料等產(chǎn) 品的生產(chǎn) 。本文使用間歇精餾模擬軟件 A s p e nb a t c hd i s t i l l a t i o n刪 ， 對 喹啉 、 異喹啉體系的間歇精餾

15、過程進(jìn)行模擬 ， 通過精餾實(shí)驗(yàn)對模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn) 證 ， 以期為喹啉 、 異喹啉的工業(yè)生產(chǎn)提供參考。收稿 日期 ： 2 0 1 4 — 0 4 — 2 9基金項(xiàng) 目： 國家自然科 學(xué)基金 項(xiàng) 目 ( 2 1 3 7 6 0 0 5 ) ； 安徽 工業(yè)大學(xué)創(chuàng)新 團(tuán)隊(duì)和研究生導(dǎo)師創(chuàng)新基金項(xiàng) 目 ( D 2 0 1 1 0 7 )作者簡介 ： 許~ ' ( 1 9 7 1 一 ) ， 男， 安徽 宿州人 ， 副教授 。 博士， 研 究方

16、向?yàn)楣I(yè)催化和化 工過程開發(fā)。3 8 2安 徽 工 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) ( 自然科學(xué)版 )2 0 1 4E收率有一定的影響。隨著塔板數(shù)的增大 ， 喹啉的收率呈 逐漸緩慢上升的趨勢。塔板數(shù) 由 1 0 增加到 6 0 ， 塔頂餾出 液 中喹啉收率由4 2 ． 1 ％ 增大到4 8 ． 2 ％。由此可見 ， 塔板數(shù) 選 擇 6 0 較好 ， 此 時(shí)喹啉 的質(zhì)量 分?jǐn)?shù) 為 9 7 ． 5 ％。收率 為 4 8 ． 2 ％ 。2 ． 2回流 比

17、的影 響 保持其他操作條件不變 ， 考察 回流 比對塔頂喹啉質(zhì) 量分?jǐn)?shù)和收率的影 響， 結(jié)果如 圖3 所示 。由圖 3 可知 ， 回流比對塔頂餾出液喹啉質(zhì)量分?jǐn)?shù)有較大的影響。隨著回流比的增大， 塔頂喹啉質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸上升 ， 且上升的幅度 逐漸減小， 在 回流 比為8 趨于平緩 ?；亓鞅扔? 增加到8 ，塔頂餾 出液中喹啉質(zhì)量分?jǐn)?shù) 由7 8 ． 7 ％增大到 9 9 ． 4 ％?；亓?比增大到 8 時(shí) ， 塔頂餾 出液中喹啉質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅僅增

18、大 了0 ． 4 ％。另外 ， 回流 比對 喹啉收率有較大的影 響。隨著 回流 比的增大 ， 喹啉的收率呈逐 漸下降的趨勢 。由此可 見， 回流 比選擇 8 較好 ， 此時(shí)喹啉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 9 9 ． 4 ％， 收 率為3 3 ． O ％。2 ． 3 塔頂壓力的影響 保持其他操作條件不變 ， 塔頂壓力從小到大 ， 塔頂壓 力對塔頂喹啉質(zhì)量分?jǐn)?shù)和收率 的影響如圖 4 所示。由圖 4 可知， 塔頂壓力對塔頂餾 出液喹啉質(zhì)量分?jǐn)?shù)有一定 的影

19、響。隨著塔頂壓力 的增大 ， 塔頂餾 出液喹啉質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈 下降趨勢 ， 且且下降的幅度逐漸減小。塔頂壓力從 1k P a增加到 6k P a ， 塔頂餾 出液 喹啉質(zhì)量分?jǐn)?shù)從 9 7 - 3 ％減小到 9 4 ． 2 ％。另外 ， 塔頂壓力對喹啉收率有較小 的影響。隨著 塔頂壓力的增大 ， 喹啉的收率呈逐 漸緩慢上升的趨勢 。塔頂壓力從 1k P a 增加到 6k P a ， 塔頂餾 出液喹啉收率從 4 6 ． 1 ％增大 到4 6 ．

20、 5 ％。由此可見 ， 塔 頂壓力選擇 6k P a 較 好 ， 此時(shí)喹啉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 9 4 ． 2 ％， 收率為4 6 ． 5 ％。2 ． 4 進(jìn)料 組成 的影 響 保持其他操作條件不變 ， 進(jìn)料中喹啉質(zhì)量分?jǐn)?shù)從小到 大， 進(jìn)料中喹啉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對塔頂喹啉質(zhì)量分?jǐn)?shù)和收率的影 響如圖5 所示。由圖5 可知 ， 進(jìn)料組成對塔頂餾出液喹啉質(zhì) 量分?jǐn)?shù)有較大的影響。隨著進(jìn)料 中喹啉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大 ，塔頂餾出液喹啉質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈上升趨勢 ， 且且上升的

21、幅度逐 漸減小。進(jìn)料喹啉質(zhì)量分?jǐn)?shù)從 4 0 ％增加到 7 O ％， 塔頂餾 出液喹啉質(zhì)量分?jǐn)?shù)從6 5 ． 9 ％ 增加到到 9 4 ． 2 ％。另外 ， 進(jìn)料組成 對喹啉收率也有有較大的影響。隨著進(jìn)料 中喹啉質(zhì)量分?jǐn)?shù) 的增大， 喹啉的收率呈逐漸緩慢下降的趨勢。進(jìn)料中喹啉 質(zhì)量分?jǐn)?shù)6 ^ 4 0 ％ 增加到7 0 ％， 塔頂餾出液喹啉收率從5 3 ． 6 ％ 下降到4 6 ． 6 ％。] ： 、 f生產(chǎn)上喹啉精餾塔進(jìn)料 中喹啉質(zhì)量分 數(shù)為

22、7 0 ％左右， 此時(shí)喹啉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9 4 ． 2 ％， t L ~ 4 6 ． 6 ％。2 ． 5 塔釜蒸 汽流 量 的影 響 ． 保持其他操作條件不變 ， 塔釜蒸汽流量從低到高變 回流 比 圖 3 回流 比對塔頂 喹啉質(zhì)量分?jǐn)?shù)和收率 的影響 F i g ． 2Efe c to fr e f l u xr a t i oo nt heo v e r h e a dq u i n o l i n ec o n t e n ta n d

23、y i e l d蠢塔頂壓力／ k P a圖 4 塔頂壓力對塔頂瞳 啉質(zhì)量分?jǐn)?shù)和收率的影響 F i g ． 4Ef f e c to fo v e r h e a dp r e s s u r eo nt h eo v e r h e a dq u i no l i n ec o n t e n ta n dy i e l d萋羹進(jìn)料喹啉質(zhì)量分?jǐn)?shù) 圖5 進(jìn)料對塔 頂喹啉質(zhì) 量分?jǐn)?shù)和收率的影響F i g ． 5Efe c to f t h

24、 ef e e d o nt h eo v e r h e a dq u i n o l i n ec o n t e n ta n dy i e l d啦I蒸汽流量／ ( k g ／ h )圖 6 塔釜蒸汽 流量 量對塔頂喹啉質(zhì)量分?jǐn)?shù)和收率的影響 F i g ． 6Ef f e c to f v a p o rf l o w o nt h eo v e r h e a dq u i no l i n ec o n t e n ta