双乙烯酮又称乙酰基乙烯酮[1]，是一种重要的化工原料，广泛应用于农药、助剂、饲料添加剂、食品、医药及染料等领域[2，3]，所以市场对双乙烯酮的需求量大。目前，工业上采用醋酸裂解法制备双乙烯酮[4，5]，反应生成的产物含有大量的丙酮、醋酐、醋酸及多聚酮等杂质，主要采用减压蒸馏法精制双乙烯酮，精制后双乙烯酮纯度仅为97%左右、收率仅为71%左右[6]。

本文提出侧线精馏[7]和萃取精馏[6，8]相结合的分离方法提高双乙烯酮的纯度和收率。采用Aspen Plus软件[9]对分离过程进行模拟计算，考察不同操作因素对分离效果的影响，并设计正交试验优化工艺条件，为实验研究装置设计和试验提供理论依据。

1 侧线精馏与萃取精馏过程设计

以NRTL方程为模型，采用Aspen Plus模拟软件对含丙酮、醋酸、双乙烯酮、醋酐及多聚酮的混合溶液进行静态模拟。其中，双乙烯酮和醋酐主要从T101的侧线出料进入T102，再选用环丁砜作萃取剂将双乙烯酮从塔顶萃取出来，最终得到精制的双乙烯酮。侧线精馏与萃取精馏结合工艺流程如图1所示。

七八十年代，乡愁是一枚小小的邮票。小时候，我一觉醒来，常常听到忙碌了一天的父母在夜深人静的时候小声嘀咕：老母亲的哮喘不知有没有复发？弟弟妹妹们的生活过得怎么样啦？“唉！写封信问问吧。”谈到最后，他们总是以这句话结束。那时交通不便，信息闭塞，一封省内普通信要十天半月才能收到。父亲读过几年私塾，能自己写信，但家中的小叔们没念过书，写信、读信都得请人帮忙。尽管这样，父母也只有依靠书信和亲人传递消息，寄托彼此的思念。

  

T101侧线精馏塔T102萃取精馏塔DC侧线出料F进料原料S萃取剂D1塔顶出料 D2塔顶出料W1和W2塔釜出料图1 侧线精馏和萃取精馏结合工艺示意图Fig 1 Flow chart of rectification columns

2 侧线精馏模拟计算

使用Aspen Plus模拟软件，选择其中的RadFrac严格精馏模块对侧线精馏塔提取粗双乙烯酮进行模拟，分别考察塔板数、原料进料位置、侧线出料位置、回流比及侧线出料量对分离效果的影响，优化最适宜的精馏塔操作参数。

2.1 单因素对侧线精馏分离的影响

2.1.1 塔板数对侧线精馏分离的影响

在塔板数为34块、在原料进料位置为11块、侧线出料位置为18块及侧线出料量为96 kg/h的条件下，利用Aspen Plus软件模拟计算分离过程，考察回流比对分离过程的影响。模拟结果如图5所示。

  

图2 塔板数对侧线精馏的影响Fig 2 The influence of number of theoretical plates of side-line distillation

从图2可以看出，随着塔板数N的逐渐增加，侧线出料中的双乙烯酮的质量含量和收率也在逐渐增加，在塔板数N≤34块时，侧线中双乙烯酮的质量含量和收率增长较快，当N≥34块时，其质量含量和收率基本保持不变。考虑到塔板数的增加，会影响设备的投资和操作费用，故选择塔板数为34块。

由于这两次试行都是针对二年级学生进行的，因为本课程的学习对后续课程有着较深远的影响，故而线上教学主要作为课堂教学的补充环节。在授课老师出差、开会等特殊情况，采用全部线上教学的方式。

从图5可以看出，随着回流比的增加，侧线中双乙烯酮的质量分数和收率有所增加，当回流比R≥4.5时，侧线中双乙烯酮的质量含量和收率的变化不大。与此同时，从图6中可以看出，塔底再沸器的热负荷是等比例增加，故回流比不宜过大。因此，综合考虑双乙烯酮的质量含量、收率和热负荷的影响，选择回流比为4.5较合适，此时侧线精馏塔塔底再沸器热负荷约为7.330 KW。

2.1.2 原料进料位置对侧线精馏分离的影响

从图3可以看出，当原料进料位置≤13块的时候，侧线中的双乙烯酮的质量含量和收率基本保持不变，当原料进料位置≥13块的时候，侧线中的双乙烯酮的质量含量和收率下降较快，即分离效果较差。考虑到原料进料位置不易太靠近塔顶，所以选择原料进料位置为11～13块之间。

  

图3 原料进料位置对侧线精馏的影响Fig 3 The influence of the raw material feed stage of side-line distillation

在塔板数为34块、侧线出料位置为20块、回流比为5及侧线出料量为96 kg/h的条件下，利用Aspen Plus软件模拟计算分离过程，考察原料进料位置对分离过程的影响。模拟结果如图3所示。

2.1.3 侧线出料位置对侧线精馏分离的影响

从图4可以看出，随着侧线出料位置的不断下移，侧线中双乙烯酮的质量含量和收率都是先增大后减小。当侧线出料位置在16～20块时，侧线中的双乙烯酮质量含量和收率基本保持不变，分离效果最佳，当侧线出料位置≥18块的时候，侧线中的双乙烯酮质量含量和收率逐渐降低，所以选择侧线出料位置为18块。

  

图4 侧线进料位置对侧线精馏的影响Fig 4 Effect of side withdrawal stage to the side-line distillation

在塔板数为34块、原料进料位置为11块、回流比为5及侧线出料量为96 kg/h的条件下，利用Aspen Plus软件模拟侧线出料位置对分离过程的影响。模拟结果如图4所示。

2.1.4 回流比对侧线精馏分离的影响

在原料进料位置为11块、侧线出料位置为20块、回流比为5及侧线出料量为96 kg/h的条件下，利用Aspen Plus软件模拟计算分离过程，考察塔板数N对分离过程的影响。模拟结果如图2所示。

  

图5 回流比对侧线精馏的影响Fig 5 The effect of reflux ratio of the side-line distillation

Together Damballah and Ayida Wedo made the first city and then the first of the other gods came down to live in it.

白酒作为中国传统产业的重要组成部分，在中国扩大对外开放的进程中，一定会大有作为。茅台的国际市场，也必将迎来一个新的发展机遇期。

  

图6 回流比对塔底再沸器热负荷的影响Fig 6 The effect of reboiler of heat duty

2.1.5 侧线出料量对侧线精馏分离的影响

在理论塔板数为34块、原料进料位置为11块、侧线出料位置为18块及回流比为4.5的条件下，利用Aspen Plus软件模拟计算分离过程，考察侧线出料量对分离过程的影响。模拟结果如图7所示。

  

图7 侧线出料量对侧线精馏的影响Fig 7 The effect of side withdrawal stage with the different flow

从图7可以看出，双乙烯酮的收率随着侧线出料量的增加而逐渐增加，即收率从94.11%上升到99.22%。此外当侧线出料量在92.5～96.5kg/h时，侧线中双乙烯酮的质量含量基本保持不变，当侧线出料量增加至96.5～97.5 kg/h，侧线中双乙烯酮的质量含量下降较快。综合考虑侧线中双乙烯酮的含量和收率，选择侧线出料量为96.50 kg/h较为合适，此时双乙烯酮的质量含量为98.10%，收率为98.51%。

2.2 正交试验优化侧线精馏过程的条件

对侧线精馏塔(T101)采用正交模拟试验，选用L16(45)正交排列进行模拟实验[10-11]，可得到表1的实验结果。

 

表1 L16(45)正交实验条件和结果Table 1 Conditions and results of orthogonal experiment

  

序号因素ABCDEη/%11(30)1(10)1(17)1(3.5)1(93.5)95.5421(30)2(11)2(19)2(4.0)2(94.5)96.4731(30)3(12)3(21)3(4.5)3(95.5)97.4941(30)4(13)4(23)4(5.0)4(96.5)98.4152(32)1(10)2(19)3(4.5)4(96.5)98.5162(32)2(11)1(17)4(5.0)3(95.5)97.4972(32)3(12)4(23)1(3.5)2(94.5)96.4782(32)4(13)3(21)2(4.0)1(93.5)95.5493(34)1(10)3(21)4(5.0)2(94.5)96.57103(34)2(11)4(23)3(3.5)1(93.5)95.54113(34)3(12)1(17)2(4.0)4(96.5)98.51

续表1

  

序号因素ABCDEη/%123(34)4(13)2(19)1(3.5)3(95.5)97.49134(36)1(10)4(23)2(4.0)3(95.5)97.49144(36)2(11)3(21)1(3.5)4(96.5)98.51154(36)3(12)2(19)4(5.0)1(93.5)95.54164(36)4(13)1(17)3(4.5)2(94.5)96.57

其中表1中，A、B、C、D、E、η分表代表侧线精馏塔的塔板数、原料进料位置、侧线出料位置、回流比及侧线出料中双乙烯酮的收率。对各因素进行优化分析，以侧线出料中双乙烯酮的收率为依据，分析结果如表2所示。极差比较结果E>A>C>B=D，所以侧线出料量对分离效果影响最大，塔板数次之。通过对实验平均值的比较，以及考虑到原料进料、侧线出料与塔板数之间的位置关系等因素，故可得到最佳组合为A3B1C3D3E4。

目前，“一带一路”倡议及其建设已得到很多国家认同，但仍有一些国家存在一些片面的解读和认识。因此，开展“一带一路”法学研究时，不能仅进行政策分析，还要从法理的角度、法治保障的高度去研究“一带一路”建设的重要意义及其国内国际影响和推进路径。同时，要进行多学科交叉研究，增强现有研究的深度、广度和系统性。深入推进“一带一路”建设的一项重要措施是增强沿线国家共识。如果沿线国家对彼此的法治建设及法治化水平不了解、不信任，其相互合作就困难重重。增进沿线国家共识的一个重要途径是增强法治互信，增强法治互信的有效途径包括法学研究成果转化、法治文化交流、法治人才培养等。

 

表2 正交实验结果分析Table 2 Analysis of results of orthogonal experiment

  

项目因素ABCDEωK196.97797.02897.02897.00295.540K297.00397.00297.00397.00296.520K397.02897.00297.02897.02897.490K497.02897.00296.97897.00298.485极差0.0510.0260.0500.0262.945优水平A3B1C3D3E4优组合A3B1C3D3E4

同理，采用Aspen Plus软件对萃取精馏塔(T102)进行模拟计算，确定精制双乙烯酮的工艺条件，优化条件和结果可分别见表3和表4所示，双乙烯酮的质量含量达到99.60%、收率达到98.05%。

 

表3 分离过程的优化条件Table 3 Optimization conditions of separation process

  

装置塔板数N原料进料位置侧线出料位置萃取剂进料位置回流比R溶剂比S/F塔顶出料量(kg/h)T101341021-4.5-96.5T1024234-441:195

 

表4 Aspen Plus模拟精馏结果Table 4 The results of distillation by Aspen Plus process simulating software

  

项目侧线精馏结果FD1DCW1萃取精馏结果SD2W2温度/℃20.062.7126.3131.620.0126.1271.7流量/(kg·h-1)100.002.5096.501.00100.0095.00101.50丙酮0.0180.7202PPMTRACE-2PPMTRACE质醋酸0.0040.0070.004135PPM-0.004435PPB量双乙烯酮0.9610.2730.9810.706-0.9960.001分醋酐0.01571PPM0.0130.225-462PPM0.012数多聚酮0.002TRACE0.0010.069-TRACE0.001环丁砜----1.00084PPB0.985

3 结 论

设计侧线精馏和萃取精馏结合的方法精制双乙烯酮，以NRTL方程为相平衡模型，利用Aspen Plus模拟软件对丙酮、醋酸、双乙烯酮、醋酐及多聚酮混合液的分离进行模拟研究。在优化条件下，侧线出料中双乙烯酮的质量含量达到98.10%、收率达到98.51%，再经萃取精馏塔进一步精制，双乙烯酮质量含量达到99.60%、收率达到98.05%。模拟结果为进一步试验研究提供理论依据。

参考文献

[1] 肖铭,双乙烯酮生产技术进展[J].精细与专用化学品,2016,24(3):45～47.

[2] 孙玉泉,王守庆.双乙烯酮的合成与应用[J].山西化工,2007,27(1):47～49,69.

[3] 张海滨.双乙烯酮在农药领域的应用[J].中国氯碱,2005(2)：14～15.

[4] 金栋.双乙烯酮的生产和应用[J].四川化工与腐蚀控制,2001,4(3):35～38.

[5] 陈天舒,晓铭.双乙烯酮生产技术研究进展[J].乙醛醋酸化工,2016,(4):12～14,27.

[6] 顾正桂,孙昊,刘俊华 等.闪蒸减压萃取精馏分离含尘双乙烯酮和醋酸混合液的方法[P] CN104059033A,2014-09-24.

[7] 曹晓艳,顾正桂,冯微 等.连续侧线精馏分离甲醇-二甲基苯胺-三甲基苯胺-水的方案设计与优化研究[J].现代化工,2016,36(4):167～169.

[8] Yang S K，Wang Y J，Bai G Y.，et.al. Design and control of an extractive distillation system for benzene/acetonitrile separation using dimethyl sulfoxide as an entrainer[J]. Industrial and Engineering Chemistry Research,2013,52(36):13 102～13 112.

[9] 孙兰义.化工流程模拟实训[M].2012.

[10] 方开泰,马长兴.正交与均匀实验设计[M].北京:科学出版社,2001:19～52.

[11] Hossein Shahandeh,Mina Jafari,Norollah Kasiri.,et.al.Economic optimization of heat pump-assisted distillation columns in methanol-water separation [J]. Energy,2015,80(6): 496～508.