TR|药企的溶剂精馏为什么做不好？【精馏估算普及贴】
很多药企生产中都用到大量的有机溶剂，溶剂使用后质量都会下降，会混入一定比例的水分、其它溶剂、产品其它杂质等组分。使用后的溶剂要么当危废处理，要么选择处理后重新套用。伴随着环保要求的提高，危废处理成本也在提高，并且很多地方因危废处理企业的处理能力不足，药企想花钱处理都处理不了，只能库存在企业内部，给企业造成很大的库存压力和安全隐患。从经济角度讲，溶剂经过处理后套用是最经济的。从技术角度讲，很多常见溶剂的处理还是挺简单的，但为什么大多数药企的溶剂回收都做不好呢？
在这里简单分析一下很多药企溶剂回收做不好的原因，大概有以下一些：
领导没关注溶剂回收这个问题，没有废溶剂还可以回收套用的概念。企业内管理人员可能还停留在废溶剂一直都是花钱处理（甚至外卖有处理资质的工厂还可以赚点小钱）的理念上；
想上溶剂处理的设备，如精馏塔。但客观条件受限，如场地不足。
已经上了溶剂处理的设备，但达不到回收效果。这种情况其实是技术受限，缺乏专业的设计、设备制造、安装以及调试技术。
找设备加工厂买了设备，厂家也承诺能达到我们的处理要求。设备安装完成后确实达到了处理要求，但这套精馏流程不好用。操作、控制以及生产稳定性很差。这种情况是非常常见的，企业为了省去精馏塔的设计费，直接找设备制造厂家买设备，设备马马虎虎也能用。但企业内没有人知道怎样去调试、优化、改造设备，设备带着先天缺陷在使用。
设备投资昂贵，不想上。这种情况实际是没有科学的计算成本，只考虑到投资和今后运行的成本，未综合考虑新溶剂采购成本和EHS的环保成本。并且若采用最常规的填料塔来回收，造价一般企业应该都能承受。
担心采用回收溶剂后，不会做生产工艺的验证和变更。这个问题也不难，同品种同岗位的溶剂套用验证很简单，限于篇幅，这里就不展开讨论了。
谁提出的方案由谁去实施，各个部门都不配合，做好了没奖励，做不好被看笑话，所以不想去改进。各个部门都不愿意提溶剂回收方案。这种情况在有些企业内还是普遍存在的。
本文是技术报告，解决不了溶剂回收过程中各个企业客观条件受限的问题，也解决不了企业经济困难问题，甚至连药企人员对溶剂回收的观念都改变不了一丁点。本文只能从技术角度，试着分析一下技术问题。期望对有一定化工基础的读者有一点启示。为缩小范围，本文只描述精馏这种方式的溶剂回收。
技术是一个黑盒子，既封装在深奥晦涩的微积分公式中，又封装在丰富的实践操作经验中。我试着把精馏或溶剂回收的黑盒子拉开一角，让普通的没有接触过精馏的人也能看懂。为浅显易懂，本文不会出现晦涩的专业术语（术语只有“共沸”一个，如果读者共沸看不懂，那就没必要去估算精馏了），下面首先说精馏塔的设计。
设计最大的问题前面也提到了：绝大多数药企很精明，管理层不愿意花几万块钱去买一套设计图纸，而更愿意让设备制造商来“免费设计”。如果企业没有懂精馏的人，很多时候都是省了小钱丢了大钱。这可能也跟国内的大环境，对知识和技术的尊重程度不足有关。希望几十年后，国内能达到尊重技术接近尊重领导的程度，那祖国的腾飞就更快了。
闲话休提，设计是专业人员干的事情。对于一般的读者（专业人士对于精馏肯定是采用直接手工或软件模拟的方法，不用看下面的内容），这里介绍一个简单的估算方法。估算的作用是：可以看一下这个溶剂精馏的价值大不大，普通精馏的方法是否行得通，如果行得通大概的前沸、成品和高沸大概数量多少。
其实从严格的精馏计算来说，下面的估算方法是“错”的（错的地方主要有：把“沸点”近似成“相对挥发度”，且认为塔板高度无穷，不考虑回流比塔板性能等等因素）。但这个错的估算方法，对于非专业人员进行估算，是非常简单而且易懂的。下面以一个案例来说明。
某企业有一个待回收溶剂，成分如下：乙酸乙酯约90%，乙醇约5%，水约4%，其它未知杂质约1%（备注：这里的各物料组成可以是根据各物料投料量预计的组成，但最好采用实际有代表性的取样检测后的组分来计算，这样更准确），要求回收后的成品质量标准是：乙酸乙酯≥95.0%，乙醇≤0.5%，水分≤2.0%，其它未知单杂≤0.5%，总杂≤1.0%。每天大概有2000L溶剂需要回收。
首先我们要打开一本工具书，程能林老师编著的《溶剂手册》，图片如下，最新的版本已经是第五版了，欢迎各位经常接触溶剂的朋友手边常备一本。
打开工具书，首先把精馏的每个组成的沸点找到，然后找到所有的共沸组成及其对应的共沸温度【备注：从手册中没找到某些溶剂的共沸组成，并不代表其不会共沸哦，毕竟溶剂共沸是一种非常普遍的现象，但一般两个溶剂沸点相差超过40℃，可简单看做没有共沸。查共沸比较好用的是用软件模拟，如Aspen或Pro II。另外，精馏流程模拟最好也是用这两个软件，诸位如果会用这两个软件，就不必看本文】。如下图，可以查到相关的共沸组成。
上图是乙酸乙酯查到的，还要查一下物料中乙醇、水的共沸情况，把各种溶剂以及涉及到的共沸都登记下来，按照沸点从低到高排序，见下表。
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序号 |
按沸点排序的百分比组成/% |
沸点/℃ |
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1 |
水（9.0），乙醇（8.4），乙酸乙酯（82.6） |
70.23 |
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2 |
水（8.47），乙酸乙酯（91.53） |
70.38 |
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3 |
乙醇（30.98），乙酸乙酯（69.02） |
71.81 |
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4 |
乙酸乙酯 |
77.11 |
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5 |
水（4.0），乙醇（96.0） |
78.17 |
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6 |
乙醇 |
78.32 |
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7 |
水 |
100.00 |
从上表分析，本精馏需要去除的乙醇和水，只能通过出前沸的方式去除（有的体系是先出成品，这要看物系的共沸情况。如甲醇和水的体系，先出的是甲醇成品）。要摘除多少体积的前沸？可以通过简单的物料衡算完成。假设精馏塔分离效果非常好，乙醇在2000L的混合物中大概有2000×5%=100 L，水也一样有大概100L。从塔顶最先出来肯定是沸点最低的三元共沸物（就是三个组成的共沸物。精馏操作的时候需要保持一定的回流比从塔顶全部采出）。假设水分全部从三元共沸物中出来，那三元共沸物的体积有100/9.0%=1111 L，三元共沸物中含有多少乙醇，可以简单计算一下=1111×8.4%=93.3 L。
上一个步骤的计算可以看出，塔顶出1111 L的三元共沸后，体系里面的水已经全部除光，乙醇去除了大部分，还有100-93.3=6.7 L。塔顶出完三元共沸后，按理接下来应该出沸点第2低的水和乙酸乙酯的共沸，但体系中没有水，这个共沸组成不存在，所以接下来出的是沸点第3低的乙醇和乙酸乙酯的共沸物。要去除完里面的6.7L乙醇，还需要出6.7/30.98%=21.6 L前沸。此时体系中可看做只剩下乙酸乙酯，下一个从塔顶蒸出来的肯定是乙酸乙酯。上表中沸点5/6/7的组分不存在。
整体而言，这个体系大概需要出1111+21.6≈1140 L的前沸。塔釜的高沸一般情况下需摘除一两百升（高沸摘除体积主要跟精馏塔的死体积、待精馏物料的干净程度有关系），高沸估计去除160 L，那计算出最终合格的乙酸乙酯大概在700 L左右。如果真实的上塔回收，实际合格乙酸乙酯会多一点，毕竟成品质量指标中允许含不高于0.5%的乙醇和2%的水。
以上是简单的精馏估算，根据估算，可以预测精馏的情况，当然最终的精馏情况和预计的肯定有差别，这个计算要通过实际的精馏操作来修正。通过计算过程，大家可以得出以下特点：
用普通精馏的办法，有的物质比较好去除，有的物质不好去除。本案例是从乙酸乙酯中去除乙醇，不太好去除，要摘除的前沸多。假设是另一种情况，把本案例乙酸乙酯和乙醇的比例对调，从乙醇中去除乙酸乙酯，那就简单很多，收率要高很多。
成品质量要求越高，精馏收率越低。反过来也成立，假如本案例质量标准可以将水和乙醇的组成提高到3%，那么需要摘除的前沸预计可以减少一半。所以精馏成品质量指标的制定需要生产部门根据实际情况合理制定。
原料中对需要去除组分控制的越好，精馏的效率越高。
有基础的朋友可能会想到，这个案例在精馏塔加装一个分水器，让乙酸乙酯和水分层，上层的乙酸乙酯回流进入塔内，下层的水分通过分水器去除。通过分水来减少前沸的量。这种考虑思路是非常好的。在某些和水溶解度比较小的溶剂（如环己烷、异丙醇、苯、甲苯、乙酸乙酯、甲基叔丁基醚等等）脱水，加装分水器可以大大提高精馏效率。但这个体系三元共沸的存在，会导致分层的界限很不明显，分层困难。
精馏试产就像做工艺优化一样，没有一定量的产品和批次，是不能培养出合格的调试能手的。企业要通过精馏来改进本企业的溶剂回收现状，就要有允许在前进过程中走弯路的度量，浅尝辄止是没有任何意义的。
关于精馏的估算就写到这里，限于篇幅，很多内容都没有深入，感兴趣的朋友可以在下面留言。这个主题还会有另外内容，普及一下精馏塔常见的制造、安装错误，普及精馏操作控制的要点。