离催化双功能中空纤维复合膜在反应精馏中的应用(4)
水/醇体系的分离中另一重要部分是水/异丙醇的分离。Anjali[54]等用与2, 4-二异氰酸甲苯酯交联的脱乙酰度84%的壳聚糖膜PV分离异丙醇中的水，并对未交联的和交联的膜进行动态热力学分析。评价了其热力学稳定性。这种膜能很好地打破共沸平衡，膜厚为lμm时，水/异丙醇选择分离系数达472，水渗透通量为0.39kg/(m2h)。Vijaya等[55]将纳米尺度(30-l00nm)的聚苯胺(PANI)粒子分散在PVA中，制得纳米复合膜，并用其在30℃下PV分离含水10%-50%的水/异丙醇混合物，实验发现纳米复合膜的渗透通量低于均质PVA膜，而选择分离性则大大提高了。Kittur等[16,17]在壳聚糖中混入NaY沸石而制得一种有机无机杂化膜，用傅立叶变换红外光谱和广角x-射线衍射表征了复合膜的结构特性。在30-50℃下PV分离水/异丙醇混合物时，复合膜的渗透通量和选择性都随着膜中沸石含量的增加而增大，含沸石30％的膜30℃下分离质量浓度为95％的异丙醇/水溶液时，分离系数高达2620，渗透通量为11.50×10-2kg/(m2h)。
2.3.2 醇/水分离的常规工艺
(1) 恒沸精馏
分离异丙醇/乙醇水体系的传统改进方法之一是采用苯为恒沸剂的共沸精馏法。恒沸精馏的主要特点是：机械化程度高，产量大，质量好[18,19]。到目前为止，工业上常用的共沸剂有苯、环己烷和戊烷等。异丙醇脱水的恒沸精馏过程中[56]苯与水相互溶解度小，塔顶新的共沸物经冷凝后得到非均相混合物，用于分层法分离。此法工艺较成熟，但是恒沸精馏设备投资大、能耗高，且由于苯的使用对操作人员的身体有害，故将逐渐被绿色环保的新工艺所取代。
以分离乙醇水溶液为例，在常压下乙醇-水具有恒沸物的双组分物系，通过普通精馏达到的最高恒沸组成为含乙醇摩尔分数为0.894。通过恒沸精馏，可在其中加入苯作添加剂，加入苯之后的添加剂，其组成摩尔分数为苯0.539，乙醇0.228，水0.233。
在共沸剂的选择上，工业上还有利用异丙醇、水、二异丙醚三元共沸混合物进行恒沸精馏脱水的方法。二异丙醚虽然毒性较苯低，但易与空气形成过氧化物，有爆炸的危险，且带水量比苯少，总体效果也不理想。
国外早期专利一般多采用恒沸精馏法，如英国专利UK 816796采用乙醚作共沸剂，塔内通入惰性气体乙烯使压力达到160-170 Pa，塔顶安装一个除氧器，避免了乙醚和空气混合物爆炸的危险，最终异丙醇产品的体积分数大于99.9%。而近期恒沸精馏法研究较多的共沸剂是环己烷，该工艺最早是由William Derek Jones提出的，采用迪安-斯塔克设备。环己烷价格低廉、毒性低，是苯较好的替代物，近几十年来台湾科学技术大学Chien等[23]也对该物系非均相共沸物进行了系统的研究。此外，还有人对乙酸异丙酯、乙酸甲酯、苯酚等与异丙醇-水的物系进行了研究，但尚未取得工业应用上的突破。
(2) 萃取精馏
萃取精馏是在原溶液中加入某种添加剂以增加原溶液中组分间的相对挥发度，从而使分离变得容易。
萃取精馏作为一种分离配合物、近沸点混合物及其他低相对挥发度混合物技术，在石油化学工业中的l，3-丁二烯的分离、芳烃抽提、乙醇-水分离、环己烷提纯等过程得到广泛的应用。萃取精馏一般采用单一溶剂(如乙二醇、甘油等)作为萃取剂，近年来开始采用混合溶剂，如有人提出用盐或者盐溶于有机物作为萃取剂，使用这类萃取剂可以提高萃取精馏的效率，并减少能耗。Ligero和Ravagnani等[24,25]以醋酸钾为萃取剂，通过萃取精馏乙醇-水溶液来得到无水乙醇。他们分别采用了两种方法，结果表明将已通过普通蒸馏的乙醇为60%(摩尔分数)水溶液加在含萃取剂的储罐中相对于将乙醇为2.4%(摩尔分数)的料液直接加在含萃取剂的储罐中的方法能耗相对较小。林军等人用醋酸钾溶于乙二醇形成溶盐萃取剂对恒沸组成的乙醇-水溶液进行精馏，当回流比为1.5、溶剂比为l、理论板数为30时，可获得摩尔分数大于99.7%的乙醇塔顶产品。
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