引言
离子液体作为一种特殊的熔融盐在于它在室温下呈现液体状态。离子液体通常由大的有机阳离子（如烷基咪唑、烷基吡啶和四烷基铵）和小的无机阴离子（如Cl-、[NO3]-、[BF4]-、[PF6]-）组成。它们的熔点一般低于100o C。离子液体作为一种熔融盐在室温下就可以成为液体是因为它的组成很特殊，阳离子与阴离子各自分子体积差异很大，二者之间只存在这静电吸引作用和弱的色散吸引，没由强相互作用共价键的形成，这将导致晶格能降低，无法在常温下结晶形成固态物质。在过去的几十年中，离子液体因其许多显著的物理化学性质而受到越来越多的关注，如高的热稳定性和化学稳定性、可忽略的蒸汽压、宽的液体范围、可重复使用性和可设计性，这使得离子液体在化学合成和萃取分离过程中得到了广泛的应用，
在离子液体烷基化的生产过程中，烷基化反应流出物中的离子液体与烃分离是获得烷基化油的重要流程，并且要求反应分离时间短、分离精度高。目前，烷基化装置的离子液体与烃分离多采用旋流及沉降分离，该方式存在离子液体储量大、分离时间长、分离精度低、易发生副反应等缺点。为了保证产品质量，还需要在沉降罐后附加酸洗、碱洗等工序对酸烃流出物进行精制，从而产生了大量废水废碱。聚结分离技术作为一种新型分离技术，是根据液滴聚并原理来实现分离。分散体系通过聚结材料时，分散液滴逐渐在纤维上吸附、碰撞、聚结以及长大，最终通过重力沉降来实现两相分离。该技术具有分离时间短、分离彻底等优点，在液液两相分离领域中应用较为广泛。但目前针对离子液体-烃乳化介质聚结分离的相关研究结果很少，对相关设备设计的研究工作也需要进一步加强。
本文结合工业实际需求，通过实验方法，研究了纤维填料聚结器对烷基化反应流出物中离子液体-烃乳化液的分离特点，并重点考察了分离器防堵能力以及分离效果的影响因素。
1.实验介绍
1.1实验乳化液
乳化液由实验室配制，其中分散相为工业反应后的离子液体，密度为1 275 kg/m3，动力黏度为196 mPa·s（20℃）。由于烷基化酸烃流出物的主要成分是异辛烷，故实验选用异辛烷液体作为连续相，密度为690 kg/m3，动力黏度为0.53 mPa·s（20℃）。
1.2实验装置及流程
将异辛烷倒入料釜中，然后打开氮气瓶调节减压阀，使得釜中压力保持在0.5 MPa；将釜中异辛烷送出入混合器中，同时通过计量泵将储罐的离子液体送入混合器内，使离子液体和异辛烷在混合器内混合；最后乳化液进入离子液体-烃聚结器内使离子液体与烃分离，分离后的油相异辛烷和离子液体被分别送至各自收集罐中收集，进而由隔膜计量泵重新打回料釜内，依次循环运行。混合器采用特殊混合原件制作，可以在给定的体积条件下建立尽可能大的比表面积，实现平均粒径为20~30μm的液滴粒径分布。
实验中离子液烃分离器内前端的压力为0.2 MPa。为了防止生成固体杂质，实验前采用分子筛对异辛烷进行脱水，控制水含量在较低水平，并通过卡尔费休法测定，使脱水后的异辛烷中水的质量分数保持在30×10-6左右。实验中改变流动状态后需稳定40 min后再取样，1个流量状态至少取样3组，每组间隔时间为10 min。
1.3纤维填料及其特性
采用改性纤维（当量直径=30μm），并辅以不超过床层体积1%，丝径为203μm的不锈钢金属丝作骨架编织成Ω型的网，再分别卷制成圆柱形聚结床，如图2所示。纤维材料所制作的聚结床直径D=70 mm，厚度L0=200 mm，孔隙率ε=85%。
1.4测定方法
可采用ICP分析仪检测试样中的Al离子浓度，先将异辛烷中的离子液萃取到20%（质量分数）的稀硝酸溶液里，通过ICP分析仪测定稀硝酸溶液中的Al离子浓度，然后再换算成异辛烷的含离子液量。采用德国肖特集团的7500KF型水分分析仪，并结合梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司的ME204E型电子天平可较快测得异辛烷中的水分含量。接触角则可采用美国科诺工业有限公司的SL200B型接触角仪测量。
2.结果与讨论
2.1材料润湿性
考察为了优选分离材料，测试了离子液体在异辛烷中对四种材料的润湿性，同时阐明了材料的亲/憎离子液特性，以便为聚结器内件设计提供参考。接触角θ是表征液体对材料润湿性的重要参数，θ=0°表明液体能在材料表面自由铺展，0°<θ<90°表明液体能润湿材料，而θ≥90°则表明液体不能润湿材料。对四种纤维材料进行接触角测定。测量结果表明，离子液体对四种材料有着不同的润湿性。离子液体对改性纤维1和改性纤维2具有较好的润湿性，而对聚四氟乙烯和聚丙烯纤维则不具有润湿性，因此实验聚结器内件宜采用改性纤维材料。
2.2流量对分离效果的影响
当实验入口离子液体含量不变，异辛烷流量分别为20，30，50，80，150 L/h时可看出，随着流速（处理量）的增大，纤维填料聚结器的分离效果逐渐恶化。当流量处于50 L/h以下的小流速区时，更利于乳化离子液体的聚结，出口离子液体质量分数低于20×10-6时，纤维填料聚结器的分离效果较好；随着流速的进一步增大（超过50 L/h进入高流速区时），纤维填料聚结器的分离效果会急剧恶化。
2.3长周期考察
为了考察聚结器的防堵能力，对异辛烷流量为50 L/h，离子液体质量流量为250 g/h时，聚结器中填料两侧的压降变化加以研究，实验维持两周，每10 h记录一次压降。
压降在前60 h内急剧上升，60 h后呈波浪形波动，之后则趋于稳定。压降前期急剧上升是因为随着离子液-烃乳液进入聚结器，离子液体逐渐附着在纤维上，导致填料的孔隙率变小；随着时间的推移，纤维填料附着率达到饱和，压降逐渐稳定。而压降呈波浪形变化是因为进入聚结器的液体流速不稳定。稳定后的压降保持在30 kPa左右，压降相对较小，因此通过长周期考察表明聚结内件正常工况下不会堵塞，防堵能力较强。
2.4进出口分离效果
当异辛烷流量为50 L/h，离子液体质量流量为250 g/h时对进出口液体取样观察。图7为进出口样品照片，可以看出进口液体混合效果较好且颜色浑浊，出口样品清澈，从外观看分离效果较为明显。
在异辛烷流量为50 L/h，离子液体质量流量为250 g/h的条件下连续实验72 h，每5 h分别在进口、出口处取样，并用ICP检测，检测结果如表1所示。离子液体的脱除效果明显，入口离子液质量含量为（1 500~3 500）×10-6，符合工业中离子液体烷基化反应流出物中离子液体含量要求，出口样品中离子液体平均质量分数低于20×10-6，满足工业实际工艺要求。
3.结论
对于烷基化反应来说，我们所需要的离子液体中最重要的性质莫过于它的酸性以及与烃类分子溶解能力。特别的，通过调节阴阳离子之间的比例可有效的调控其酸性性质的强弱。通过实验发现了改性纤维具有较好的湿润性，可以在工业上满足实际工艺的需求，适合应用与离子液体烷基化技术。
参考文献：
[1]孙辉.离子液体作相转移催化剂在烷基化反应中的应用[D].华东师范大学,2007.
