林 义 蒋成君

（1.浙江新东港药业股份有限公司，浙江 台州 318000；2.浙江科技学院生物与化学工程学院，浙江 杭州 310023）

近年来，随着医药工业的发展，头孢类抗生素母体7-氨基去乙酰氧基头孢烷酸（7-ADCA）、7-氨基头孢烷酸（7-ACA），碳青霉烯中间体4-乙酰氧基-2-氮杂环丁酮（4AA）［1］在中国大量生产，在生产的过程中产生大量的副产物六甲基二硅醚［2，3］，通常副产物六甲基二硅醚与溶剂甲苯以及少量的水混合在一起，形成共沸物，通过简单的方法无法分离这种混合物，而直接利用这种混合物在生产上存在一定的困难［4-7］。将副产物回收利用，对降低生产成本，提高国际竞争力有着重要的意义。本文利用Aspen plus对该混合物的分离过程进行了模拟研究，提出了一个零排放清洁分离工艺流程，可供实验和工业生产参考。

1 HMDO-甲苯-水三元混合物的热力学分析

某制药厂的HMDO-甲苯-水三元混合物的摩尔组成如下：HMDO35％，甲苯63％，水2％（本文所有组成及浓度除特别说明外，均以摩尔分数计），这3种物质的常压沸点、熔点和密度数据如表1所示。

表1 HMDO、甲苯和水的物理性质Tab.1 physical properity parameters of HMDO，toluene and water

从表1可以看出，HMDO与甲苯的沸点非常接近，采用普通精馏的方法，在一个塔中不能实现三种物质的完全分离。通过Aspen plus计算剩余曲线（RCM），并对该体系的热力学行为进行分析。

图1 HMDO-甲苯-水三元混合物的剩余曲线图Fig1 RCM of HMDO-toluene-water

从HMDO-甲苯-水三元混合物的剩余曲线（RCM）（图1）可以看出，HMDO-甲苯-水形成三元共沸物。计算不同组分的共沸点如表2所示。

表2 ASPEN PLUS计算的不同组份共沸点Tab.2 Azeotropic points of the differetnt components calculated by ASPEN PLUS

从表2中可以看出，在常压下，HMDO与水和甲苯存在四个共沸体系，HMDO、水与甲苯三元共沸物的沸点为63.07℃，HMDO与水的共沸点为63.86℃，甲苯与水的共沸点为66.11℃，HMDO与甲苯的共沸点是98.82℃，无法通过普通的精馏方法将其分离。

2 HMDO-甲苯-水三元混合物的分离工艺

2.1 共沸精馏溶剂的选择

ASPEN PLUS具有庞大的数据库，包括大量的各种热力学方程的二元交互作用参数，利用数据库结合强大的性质估算能力和热力学分析工具，可以计算溶剂加入后关键组分之间相对挥发度，确定比较适宜的溶剂。

参照二元低共沸混合物分离时夹带剂的选择原则进行，即共沸剂应该是一个低沸点组成或能形成新的二元或三元最低共沸物的组分［8］。选择乙腈、甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃5种溶剂作为考察对象。采用Aspen plus计算组分间的共沸参数如表3所示。

表3 ASPEN PLUS计算的不同组份共沸点Tab.3 Azeotropic points of the differetnt components calculated by ASPEN PLUS

从表3可以看出，乙腈与甲苯的共沸点为80.45℃，与HMDO也形成共沸，共沸点为67.59℃，甲醇、乙醇同样与甲苯、HMDO形成共沸。在这些溶剂中仅仅丙酮、四氢呋喃没有与甲苯形成共沸，丙酮与HMDO的共沸组成中，丙酮占10.1％，HMDO占89.9％，四氢呋喃与HMDO的共沸组成中，四氢呋喃占5.6％，HMDO占94.4％，丙酮的携带能力大于四氢呋喃，并且四氢呋喃的价格大于丙酮，故选丙酮为共沸剂。

2.2 HMDO-甲苯-水三元混合物的分离工艺

根据这个三元共沸物中两个组分极性的差异和水溶性的差异，可以采取用水作萃取剂，将丙酮萃取出来，经普通精馏可以得到丙酮和水纯组分，水作为萃取剂循环使用；

最终得到的HMDO-甲苯-水这个非理想性极强的三元混合物的最终的清洁分离工艺流程见图2。

图2 分离过程流程图Fig.2 Flow chart of the separation process

在HMDO-甲苯-水的混合物加入丙酮进入精馏塔1，分离甲苯，甲苯从塔釜出料，共沸物HMDO-甲苯-丙酮从塔顶出，进入萃取塔，加水萃取丙酮，分离HMDO，丙酮与水的混合液在精馏塔2中进行分离，丙酮循环使用。

经过sensitivity优化后可以得到几台关键设备优化的工艺条件：共沸精馏塔共15块理论板，第10块板进料，回流比为0.5，操作压力为0.1MPa，第二塔的工艺条件为：20块理论板，第16块板进料，回流比为3，操作压力为0.1MPa。

表4 两个精馏塔的主要操作参数Tab.4 Main operation parameters for rectifying towers in process

3 结论

以HMDO-甲苯-水三元混合物的热力学分析为依据，建立了以共沸精馏和萃取为核心的清洁分离流程。Aspen plus计算结果表明，以丙酮为共沸溶剂，采用共沸精馏分离HMDO和水选择性高，共沸物HMDO-水-丙酮可以通过水为萃取剂而简单的分离，水与丙酮可以简单的通过普通精馏的方法进行分离，在整个分离过程中的共沸精馏溶剂和萃取剂水全部循环使用，没有废水废液的排放，实现了清洁生产。

［1］蒋成君，颜剑波，林义.一种4-乙酰氧基-2-氮杂环丁酮的合成工艺：CN，101407486［P］.2008-11-18.

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