熊儒风， 潘成桥， 张 弢

(沈阳化工大学 辽宁省化工分离技术重点实验室，辽宁 沈阳 110142)

甲苯和乙醇是重要的有机溶剂, 其混合物广泛应用在吡拉西坦片生产等医药及精细化工领域[1-2]。甲苯和乙醇在常压下形成共沸[3]，普通精馏无法将其完全分离。萃取精馏作为一种特殊的精馏方法被广泛应用于共沸物的分离，萃取剂的选择是萃取精馏的关键[4-6]。离子液体是一种新兴的环境友好型萃取剂，除其蒸气压可以忽略不计外还具有低毒性、低腐蚀性和分子结构可设计性等优点，特别是具有突出的分离能力[7-8]。

本文测定了常压下甲苯+乙醇+三辛基甲基醋酸铵盐([N8,8,8,1][OAC])离子液体的三元气液相平衡数据，并使用非随机双液体(NRTL)模型进行拟合，得到相关模型参数，为萃取精馏分离甲苯-乙醇混合物提供基础数据。

1 实验部分

1.1 实验试剂

甲苯、乙醇，w≥99%，中国国药集团有限公司；[N8,8,8,1][OAc]，w≥99%，兰州雨陆精细化工有限公司。实验前将离子液体置于373 K和2 kPa的真空干燥箱中以去除易挥发组分和水。

1.2 实验装置及测定方法

采用天津大学北洋化工实验设备公司CE-2型平衡釜进行气液相平衡实验[9]。将配好的一定浓度的混合溶液样品加入气液平衡釜内加热，控制气相取样口冷凝液回流速度在每秒3滴～4滴，当体系温度维持30 min不变时，可以认为气液两相达到平衡状态。记录温度，同时分别从气相和液相取样口取样，测量各组分含量。乙醇和甲苯的含量通过一个连接顶空进样器(G1888 Network headspace sampler, agilent technologies)的气相色谱(agilent GC7890A)测量，而离子液体含量通过称重法测量。

2 结果及讨论

2.1 实验装置可靠性检验

实验装置可靠是实验数据准确的前提，本文通过甲苯-乙醇二元气液相平衡数据与文献数据的对比对实验装置的可靠性进行评估。第6页表1列出了甲苯-乙醇二元相平衡数据的测试结果，第6页图1显示了实验数据和文献数据[10-11]的比较。从图1中可见，实验数据与文献值数据基本吻合。

图1 在101.3 kPa下甲苯(1)+乙醇(2)二元物系的气液相平衡数据

表1 isobaric vapor-liquid equilibrium(VLE)data for the binary system of toluene(1)+ethanol(2)at 101.3 kPa①

2.2 三元气液相平衡数据

用NRTL模型对第6页表2中的实验数据进行关联，通过最小化平均相对偏差[第6页方程(1)中的ARD]回归得到模型的二元交互作用参数α和Δg，见第7页表3。

表3 binary interaction parameters of NRTL model①

2.3 [N8,8,8,1][OAC]对气液相平衡的影响

第7页图2为常压下甲苯(1)+乙醇(2)+[N8,8,8,1][OAC](3)三元等压气液相平衡曲线。离子液体[N8,8,8,1][OAC]的加入对乙醇表现出很明显的效应，相平衡曲线和共沸点(曲线与对角线的交点)均随着[N8,8,8,1][OAC]的增加而向右移动，[N8,8,8,1][OAC]的摩尔分数达到0.15时，共沸点完全消失。由NRTL模型关联可知，[N8,8,8,1][OAC]的最小打破共沸的摩尔分数是0.103 2。甲苯-乙醇的共沸被完全消除。由此可见，[N8,8,8,1][OAC]能够作为萃取剂被用于分离甲苯-乙醇共沸体系。

图2 101.3 kPa下甲苯(1)+乙醇(2)+[N8,8,8,1][OAC](3)三元等压气液相平衡曲线

相对挥发度也是反映分离剂分离能力的一个重要指标，相对挥发度越大表示混合物体系越容易被分离，即分离剂的分离能力越强。图3显示了常压下[N8,8,8,1][OAC](3)对甲苯(1)+乙醇(2)共沸物系相对挥发度的影响。可以看到，由于甲苯是重组分，因此当共沸现象被消除时α12值小于1。且α12值越小，分离效果越好。当[N8,8,8,1][OAC]的摩尔分数为0.15和0.2时，甲苯-乙醇的共沸被完全消除。

图3 effect of[N8,8,8,1][OAC](3)on the relative volatility of toluene(1)+ethanol(2)at 101.3 kPa

3 结论

测定了甲苯-乙醇-三辛基甲基醋酸铵盐的[N8,8,8,1][OAC]三元体系在101.325 kPa下的气液相平衡数据。[N8,8,8,1][OAC]的加入能够提升甲苯对乙醇的相对挥发度，并能够完全打破甲苯-乙醇混合共沸。通过NRTL模型关联对实验数据进行了关联，得到了模型中的二元交互作用参数,通过NRTL模型计算出[N8,8,8,1][OAC]最小打破共沸的摩尔分数为0.103 2。这些研究结果表明，[N8,8,8,1][OAC]可以用作萃取精馏分离甲苯-乙醇共沸体系的萃取剂被进一步研究。