喹啉衍生物在醫藥、食品、添加劑等方面應用日益廣泛，利用苯胺和丙酮進行環化合成過程中，因環化溫度較高，丙酮在滴加進入反應系統后，會迅速汽化，部分未反應的丙酮和反應過程中形成的水分離出反應體系，由于丙酮和水能夠完全混溶，必須通過精餾對工藝生成水進行處理，處理后的丙酮進行回用，工藝反應生成水分離后進入廢水系統進行處理，由于此工藝的反應水中丙酮含量在23%~28%，研究工藝生成水的丙酮回收方法對相同工藝的產品可持續發展也有積極的作用，對節能減排有重要意義。
1、工藝廢水的基本情況
此工藝的反應水中丙酮含量在23%~28%，含有0.5%的甲苯，其余為水。同時因反應過程中采用有機酸為催化劑，生成水的pH顯酸性，反應生成水和丙酮形成的混合物的丙酮濃度25%左右。如果不能將丙酮從水中最大限度的分離出來，會造成原料的浪費，同時加大廢水處理過程的物化處理費用，造成能源浪費。
2、含丙酮水溶液的丙酮回收相關技術報道
目前國內丙酮分離的方法有萃取精餾法、鹽效萃取法、滲透汽化法等。有資料報道連續精餾法回收丙酮，如曹宇鋒等采用復合精餾法回收丙酮的研究，進料中丙酮質量含量為8%，同時含有27%的醋酸、64.7%的水，精餾塔段采用浮閥板式結構，提餾段采用拉西環填料，理論塔板為41塊，進料在30~35塊，回流比為2，釜溫控制在101~103.5℃，塔頂控制溫度為48~52.7℃，塔頂質量分數和收率達到99.08%和98.71%;有相關資料報道的微負壓精餾回收丙酮，如李英棟等采用微負壓精餾法回收丙酮溶媒，在進料中丙酮質量含量為50%，回流比為1.33，填料高度為6m，在-0.03MPa的壓力下進行精餾分離，丙酮成品含量為99.5%，廢水中丙酮含量小于0.5%，塔頂溫度控制在45.8℃，采用真空驅動負壓。利用鹽效應對丙酮的回收，如柯凌進等采用的利用鹽效應對丙酮溶媒回收的改進，丙酮水溶液含有鹽酸，采用質量分數為0.15的氫氧化鈉溶，132L對1000L丙酮水溶液中和，調節pH到7.0~7.5，利用溶鹽法的鹽效應能提高丙酮-水的相對揮發度，丙酮的含量達到99%以上，比普通精餾法的丙酮含量提高0.37%，平均水分降低0.27%。
3、連續精餾法回收合成喹啉衍生物過程中的工藝廢水中丙酮
根據生產過程產生的工藝反應水量和環化工藝的要求，設計精餾塔丙酮出塔質量含量達到≥99%以上，廢水中丙酮含量≤4‰。，進料量按1.0t/h。
分析方法：采用氣相色譜柱對原料、塔頂、塔底樣品進行分析，檢測器為熱導池，載氣為氫氣，柱子為Φ4mm×1mm×1000mm，柱溫為150℃，汽化室溫度為180℃，檢測室溫度為180℃。
根據生產的技術要求對丙酮精餾進行選擇，本公司原設計了負壓條件下丙酮的間歇精餾，該設備蒸餾塔直徑為φ600，采用波紋絲網填料，填料高度為10m，總體高度為12m，按照每米填料按4個理論塔板計算，相當于40個塔板，采用塔頂冷凝器冷卻后進行回流，回流比前期為3，后期為5，前期精餾的丙酮含量可達到97%~98%，但后期在塔釜丙酮含量降低時，塔頂丙酮含量降低，精餾含量不穩定，日處理丙酮水量僅12m3。本次設計為連續精餾工藝，為確保生產安全，采用常壓精餾，本精餾塔采用XK型斜孔篩板塔板，塔板數量根據原填料塔的理論塔板數和相關資料的介紹進行逐板計算法進行計算，并參照(常壓下丙酮精餾塔的理論級數-回流比關系圖)進行初步設計。
選用回流比為6，塔徑選用φ800，塔板數為55板，提餾段為19-21層，精餾段為36-35層，板間距300mm，為降低高度放進車間，將塔體分兩段，兩段分別為1號塔14.1m，2號塔為12.3m。將1號塔底部和再沸器連接，從1號塔第19層塔板上部進料，通過再沸器加熱后，丙酮氣體進入2號塔底部，2號塔頂部蒸餾出去的氣體經過分凝器后進入接收罐，通過泵輸送到塔頂進行回流，同時回流量根據塔底溫度和回流控制閥進行調控，和回流閥并聯有采出調節閥，根據塔頂濃度進行控制采出大小;在2號塔底部有回流泵，將2號塔底的丙酮溶液用泵輸送到1號塔頂進行回流，回流量和2號塔底液位進行連鎖，精餾后的殘液采出用流量計控制，流量計和1號塔底液位連鎖，再沸器的蒸汽調節閥和1號塔底溫度連鎖，整個體系實現了進出料量自動控制。
本體系設備安裝好后進行了15天的設備調試，根據精餾要求，塔頂的丙酮的質量含量控制99%時，其摩爾分率xd為96.8%，進料板上丙酮溶液的質量為25%時丙酮的摩爾分率xm為9.36%，進料板上丙酮溶液所釋放的蒸汽中丙酮的摩爾分率yp為34.5%，系統最小回流比Rm=(xd-yp)/(yp–xm)=0.623/0.251=2.48，根據精餾塔理論板數和回流比關系圖，調試初期回流比按照5.5-7進行控制系統調試數據見表1。
從上述數據可以看到，本精餾塔在處理丙酮溶液中，當進料量為設計負荷的80%時，在回流比控制在5.5時，塔頂采出料和塔底排出的水能夠達到原設計的工藝指標，隨著進料量的增加，要達到設計的工藝要求需要對回流量進行增加，在進料量達到1.0t/h時，回流量需要達到6，同時塔底溫度需要提升，當進料量達到1.2t/h時，回流量達到7.0和塔底溫度達到110℃時，塔頂含量仍然低于原設計指標，同時塔底排水的丙酮含量高出原設計指標。本塔的設計基本達到原設計要求。
4、結果和討論
(1)采用XK型斜孔篩板塔板在常壓條件下對含丙酮的水溶液進行精餾，在含有0.5%的甲苯條件下，可采用連續精餾對丙酮溶液進行精餾，在回流比為需要控制在5.5以上，在回流比在6時塔頂采出含量達到了99%，提高回流比，可使塔頂含量進一步提升，但經濟性差，過高可引起塔底液體中丙酮含量升高。
(2)增加精餾塔進料量，塔底溫度需要同步提升，主要因塔內蒸發量和回流比增大引起塔底部壓力增大，在保證塔底出水丙酮含量達到工藝指標時，本塔進料量從0.8t/h上升到1.2t/h，塔底溫度從105℃上升到110℃，整個操作過程中指標工藝穩定。
(3)控制進料中甲苯的含量，在整個體系運行中減少甲苯在體系的存在量，有利于保證精餾塔的正常運行，甲苯可通過進料前采用苯水分離裝置分離，運行過程中應對體系定期分離甲苯。
(4)XK型斜孔塔板是一種高效節能的噴射型塔板，對物料的適應性比較強，抗污能力強、分離效率高，產量大，同塔徑的塔產量可以提高10%以上，因塔板的特殊設計，抗污能力特強，為防止塔體在停車降溫過程中因進入空氣引起的不安全因素，塔體采用雙級流程，有效降低了高度，但也增加了氣相系統阻力和回流泵的運行費用，塔體制造成本也有增加，但整個系統運行穩定。
(5)系統放空采用水封，整個體系運行過程中放空管道無明顯氣體釋放，系統丙酮損耗少，本系統開車升溫和全回流時間為3.5h，系統開車時間短。
5、結論和展望
本文以常壓連續精餾裝置處理合成喹啉衍生物過程中的工藝廢水，對丙酮進行回收，在丙酮含量在25%~26%，甲苯含量在0.5%的水樣條件下，利用二級塔徑φ800的XK型斜孔篩板塔，設計塔板為55塊的設備，探討了進料量、回流比、塔底溫度的變化對塔頂采出物丙酮濃度、塔底排出物丙酮濃度的影響，得到最佳的運行數據，在進料量為1.t/h，回流比為6.0，塔底溫度為108℃，塔頂采出量控制在0.26t/h時，塔頂采出物丙酮含量為99%，塔底排出水中丙酮含量為0.35%，整個過程采用PLC控制，系統運行穩定。
本工藝存在系統回流比較高，仍需要進一步優化操作條件，對系統進一步改進，減少處理過程的能耗，達到節能降耗，同時對廢水中含有的丙酮需要進一步研究回收的工藝和方法。(來源：宜興市天石飼料有限公司)
