张 雷，张宏勋，李 晨

(河南工业大学化学化工学院，河南郑州45001)

0 引言

丙烯酸及其酯类系列单体是现代有机化工中重要的基础原料和最具吸引力的高分子单体［1-3］.丙烯酸的生产方法有很多种，如氯乙醇法、高压Reppe法、烯酮法、甲醛-乙酸法、丙烯腈法、环氧乙烷法和丙烯氧化法等，但目前世界上所有大型丙烯酸生产装置均采用丙烯氧化法生产［4-5］.该法一般步骤为：丙烯催化氧化生成丙烯酸，同时产生醋酸等杂质;反应气经水吸收得到丙烯酸水溶液;经精制脱除水和醋酸等杂质得到丙烯酸产品.精制方法多采用非均相共沸精馏法或萃取联合非均相共沸精馏法.该法关键是溶剂的选择，选择何种溶剂在很大程度上决定了装置的经济性［6-8］.

甲基异丁基甲酮(MIBK)是一种中沸点溶剂，作为萃取剂，与水的互溶度很小;同时与水能形成共沸物，常压共沸温度为87.9℃，共沸组成含水24.3%，因而作为共沸剂带水能力强，而且其泡点汽化潜热较小，具有节能潜力.水—丙烯酸—MIBK体系的液液平衡数据未见报道，笔者分别测定了20，30，40℃下上述体系的液液平衡数据，可望为工业设计提供基础数据.

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

GC122型气相色谱(上海精密科学仪器有限公司);N3000色谱工作站;液液平衡釜;CS501A型恒温槽;AUY220型电子分析天平(日本岛津公司).

丙烯酸、甲基异丁基甲酮(MIBK)均为分析纯(上海化工试剂有限公司)，二次蒸馏水(实验室自制).

1.2 实验步骤及分析方法

上述体系的液液平衡是在容积约为60 mL的液液平衡釜内进行测定.实验体系温度由CS501A型恒温槽提供水浴并控制温度.实验时，按一定比例配好50 mL左右的水、丙烯酸、MIBK的混合液置于液液平衡釜中，混合液于釜中由磁力搅拌器搅拌2 h，以使其充分混合，然后静置4 h，使其充分分层.

用微型注射器分别从两相相应取样口取样，通过气相色谱仪(GCl22型)分别测定上层液和下层液中各组分的含量.色谱条件：GDX-103不锈钢填充柱(2 m×3 mm i.d.);色谱柱温210℃，进样器和检测器温度均为240℃;载气为氢气，载气流量为56 mL/min.使用N3000色谱工作站外标法采集数据.

2 结果及讨论

表1列出了3种温度下水-丙烯酸-MIBK体系的液液平衡数据.实验体系在不同温度下的液液平衡相图如图1所示.从图1可以看出，温度对水-丙烯酸-MIBK体系的两相区面积影响很小.

表1 不同温度下水(1)-丙烯酸(2)-MIBK(3)体系的液液平衡数据(质量分数)Tab.1 LLE data for the ternary system of water(1)-acrylic acid(2)-MIBK(3)at different temperatures

为了检验实验数据的可靠性，可以用Othmer-Tobias或Bachman方程对各相应节点实验数据进行关联［8］.Othmer-Tobias与 Bachman方程式如下：

不同温度下实验数据的关联结果见表2，线性相关系数R2均大于0.99，标准偏差SD不大于0.111 8，可以看出，实验温度下的各节点实验数据线性关系较好，实验数据是可靠的.

图1 不同温度下水(1)-丙烯酸(2)-MIBK(3)体系的液液平衡相图Fig.1 LLE phase diagram for water-acrylic acid-MIBK system at different temperatures

为了考察MIBK对丙烯酸和水的萃取分离能力，分别计算了实验温度下的分配系数D和分离因子S，D与S的定义如下：

式中：i表示组分;w表示质量分数;Ⅰ、Ⅱ分别表示溶剂相和水相.

由表3可以看出，以MIBK为溶剂萃取丙烯酸和水的混合物可以获得较高的分离因子(各实验温度下的分离因子平均值均大于25);对该体系20℃时的分离因子较30℃和40℃时都大，说明低温有利于萃取分离.

3 结论

实验获得并比较了水-丙烯酸-MIBK三元体系在20，30，40℃下的液液平衡数据，温度在考察的范围内对实验体系的两相区面积影响很小.利用Othmer-Tobias和Bachman方程对各液平衡相应节点数据进行了可靠性检验，结果表明实验数据是可靠的.MIBK是分离丙烯酸和水混合液的良好的萃取剂，温度较低时分离因子较大.

表2 Othmer－Tobias与Bachman方程关联结果Tab.2 Constants of the Othmer－Tobias and Bachman equation

表3 水(1)-丙烯酸(2)-MIBK(3)三元体系的分配系数与分离因子Tab.3 Distribution coeficients(D)and separation factors(S)of water(1)-acrylic acid(2)-MIBK(3)system at different temperatures

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