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摘 要

生产樟脑磺酸时有大量的副产品醋酸生成，为了保护环境、节约资源和提高经济效益需要对其进行提纯。本文介绍了膜分离法、吸附法、萃取法、精馏法、中和法等常规的醋酸处理方法，对这些方法进行了分析比较，得出精馏法最适用于工业化提纯樟脑磺酸生产工艺中的废醋酸，并对精馏法富集废醋酸的过程进行了实验研究。结果表明：运用精馏法可较好的提纯废醋酸，醋酸纯度可达95.0%wt。

关键词：樟脑磺酸，醋酸，分离，精馏

Abstract: A lot of byproducts, acetic acid, was produced in the process of camphor sulfonic acid production, which needs to be purified in order to protect the environment, conserve resource and enhance economic benefits. We described the membrane separation, adsorption, extraction, distillation, neutralization of acid and other conventional methods, and these methods were analyzed and comparised. The result shows that the distillation is the best method for industrial purification of acetic acid in the process of camphor sulfonic acid production. The process of concentating the waste acetic acid was studied experimentally using the distillation method. And acetic acid purity is up to 95.0% wt with the distillation method.

Keyword: camphorsulfonic acid, acetic acid, separation, distillation

目 录

1 前言 4

2 樟脑磺酸 4

2.1 理化性质 4

2.2 工业生产过程 4

2.3 副产物废醋酸的主要成分 5

3 废醋酸处理 5

3.1 处理方法 5

3.2 不同方法的特点及应用 5

3.2.1 膜分离法 5

3.2.2 吸附法 6

3.2.3 萃取法 6

3.2.4 精馏法 6

3.2.5 中和法 7

3.2.6 酯化法 7

3.2.7 生化法 8

3.3 提纯方法的选择 8

4 蒸馏实验 9

4.1 实验步骤 9

4.2 结果与讨论 10

5 精馏实验 11

5.1 实验原理 11

5.2 实验装置 12

5.3 精馏步骤 14

5.4 结果与讨论 15

5.4.1 数据汇总 15

5.4.2 摩尔分率 16

5.4.3 相平衡方程 17

5.4.4 精馏段操作方程 18

5.4.5 提馏段操作方程 18

5.4.6 理论塔板数及等板高度 18

结论 20

参考文献 21

致谢 22

1 前言

醋酸是最重要的有机酸之一，是一种基础化工原料，主要用于醋酸乙烯、醋酐、醋酸纤维、醋酸酯和金属醋酸盐等常用化学物质的合成，在医疗、香料、染料、涂料、农药、轻纺、食品添加剂等工业中有着广泛的应用。世界范围内的醋酸需求量非常巨大，2013年全球醋酸消费量达到了1440万吨^[1]。工业上生产醋酸有两类方法：一类是以粮食或酒为原料，用生物发酵法酿醋得到醋酸。另一类是用石油裂解气提取的乙烯(C₂H₄)或丁烷(C₄H₁₀)为原料，在一定条件下氧化生成醋酸。

樟脑磺酸生产时有大量副产品醋酸，这些废醋酸如果不进行回收利用或是处理不当，会造成资源的浪费以及环境的污染，这不符合我国可持续发展的战略要求，所以对樟脑磺酸生产过程中的废醋酸进行处理，具有提高经济收益与环境效益的意义。因此，本研究对醋酸的各种处理方法进行了分析比较，并对精馏法的提纯效果进行了实验和计算。

2 樟脑磺酸

2.1 理化性质

樟脑磺酸是樟脑的衍生物，分子式：C₁₀H₁₆O₄S，分子质量232.3，是一种重要的有机合成中间体，由于具有手性对应体结构，根据其光学特性可分为左、右旋结构，广泛应用于日化、轻工和医药等行业。

随着光学活性手性药物研究工作的进一步开展，左、右旋光活性的樟脑磺酸常用于人类免疫缺陷病毒改善剂、生产肠道紊乱抑制剂等药剂作为医药中间体。它的钠盐在医药上可用作神经中枢兴奋剂, 用于治疗呼吸与循环的急性障碍，对抗中枢神经的中毒等^[2]。

2.2 工业生产过程

工业上常采用硫酸磺化樟脑粉制得樟脑磺酸，其反应式为：

因为这一磺化反应是一可逆反应，反应产物之一的水将与乙酐结合生成醋酸，这有利于反应向生成樟脑磺酸的方向进行，所以乙酐同时作为该反应的脱水剂与溶剂。提取主产品樟脑磺酸后，剩余反应残液经简单过滤得到废醋酸。

2.3 副产物废醋酸的主要成分

根据工艺中所用物质，和工艺的反应过程易知废醋酸中的主要成分应为醋酸、醋酐和微量的水。

醋酸的理化性质：醋酸分子式为CH₃COOH，有刺激性气味，无色透明液体。熔点16.6 ℃、沸点117.87 ℃、密度为1.0492 g/cm³。在16.6 ℃以下纯醋酸会结成冰状固体，所以又称冰醋酸。醋酸有强烈的腐蚀性，易溶于许多有机溶剂，它的水溶液有弱酸性，能跟碱性氧化物、碱以及许多活泼金属反应生成醋酸盐。某些醋酸盐如醋酸锰、醋酸铝可用做染色工业的媒染剂。

醋酐的理化性质：醋酐分子式为C₄H₆O₃，有强烈的乙酸气味，有吸湿性，无色透明液体。相对密度1.080、熔点-73 ℃、沸点139 ℃、折光率1.3904、闪点54 ℃、自燃点400 ℃。低毒、易燃、有腐蚀性、有催泪性，应避免接触皮肤或眼睛以防引起损伤。它与乙醇作用形成乙酸乙酯，缓慢地溶于水形成乙酸，溶于氯仿和乙醚。工业上主要用作醋酸纤维素，其次是用于有机合成中的乙酰化剂。醋酸纤维主要用作胶卷胶片、纺织纤维、香烟过滤嘴和赛路珞塑料；在医药行业中作为重要中间体用于咖啡因、维生素E、氯霉素、乙酰水杨酸等药物；在染料行业中用于蓝、硫化嫩黄、分散深蓝等中间体的还原；在香料行业是苯乙酮、乙酰水杨酸甲酯、肉桂酸等物质的合成原料。

3 废醋酸处理

3.1 处理方法

醋酸的提纯方法主要有膜分离法、吸附法、萃取法、精馏法、酯化法、中和法、生化法及上述各个方法的综合使用^[4]。

3.2 不同方法的特点及应用

3.2.1 膜分离法

膜分离利用离子、分子、微粒的之间电性与几何尺寸的差别，可精细分离多组分的混合物。在多种膜分离法中，用于有机溶剂回收纯化的操作方法主要是：扩散透析和渗透蒸发。

用双极性膜电渗析法处理极稀醋酸废水，可以得到浓缩醋酸质量分数在36％以上，即使是还含有其它有机物的极稀废水，也可以使其恢复到中性，但该过程电流效率低，过程能耗较高^[5]。

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