CN100369875C - 从异戊醇中分离2-甲基丁醇、3-甲基丁醇的装置及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种从异戊醇中分离2-甲基丁醇、3-甲基丁醇的装置及应用方法。该装置包括连续精馏塔，所述精馏塔的塔釜处设有再沸器和自动排液装置；所述连续精馏塔的塔顶出料口通过冷却器与塔顶采出口相连，所述塔顶的下方设有侧线采出口；所述连续精馏塔的塔节内设有并联螺旋填料，填料高度至少10m。本发明的装置结构简单、操作方便、生产成本低、产品收率高，便于进一步放大；采用本发明可以获得色谱纯度超过99.5%的2-甲基丁醇和3-甲基丁醇，以及二者的混合体，产品纯天然，无化学试剂污染，特别适合食用香料香精的使用。

Description

从异戊醇中分离2-甲基丁醇、3-甲基丁醇的装置及应用方法

技术领域

本发明涉及一种沸点接近、相对挥发度较小物系的工业化分离方法和生产装置，尤其涉及一种从异戊醇中分离2-甲基丁醇、3-甲基丁醇的装置及应用方法。

背景技术

3-甲基丁醇和2-甲基丁醇是杂醇油中的主要成分，杂醇油是发酵法生产酒精的副产物。3-甲基丁醇是一种使用较为广泛的溶剂和合成香料的重要原料，也是一些药物的原料和中间体；2-甲基丁醇则是合成手性化合物，尤其是手性液晶材料的重要中间体，还可以广泛用于香料、医药、保健品、农药、增塑剂等领域。

随着燃料乙醇的不断推广和使用，发酵法生产酒精的产量将飞速增长，从而带来更加富余的杂醇油。目前，国内多数单位使用的是3-甲基丁醇和2-甲基丁醇的混合物，俗称异戊醇，生产相对容易，附加值较低；2-甲基丁醇由于其特殊的手性结构使其身价倍增，3-甲基丁醇和2-甲基丁醇的分离可以产生更大的附加价值，进一步反应生成醛、缩醛、酸、酯等产品，从而满足各种特殊行业和特殊产品的需求，由低端产品发展成为高端产品。

2-甲基丁醇和3-甲基丁醇是同分异构体，两者在分子量、分子体积、极化度和电荷方面均无差别，相对挥发度1.078，沸点差2.8℃，属于难分离物系。

目前，使用精馏法将2-甲基丁醇和3-甲基丁醇分离有如下一些报道：发明专利97104420.1和200310106387.0中分别公开了天然2-甲基丁醇/丁酸的制备方法，采用精馏从杂醇油中分离2-甲基丁醇，但没有提到具体的精馏装置及实施过程；发明专利02133671.7公开了能同时分离提纯外消旋光学戊醇、光学活性戊醇、异戊醇的方法和装置，采用不锈钢θ网环填料或三角丝型填料，存在严重的放大效应，难以实现工业化放大；实用新型专利97235168.X公开了一种处理难分离物系的精馏装置，采用多塔串联分离2-甲基丁醇和3-甲基丁醇，对操作稳定性要求高，设备投资较大。

共沸精馏和萃取精馏可以提高2-甲基丁醇和3-甲基丁醇的相对挥发度，但产品质量受到共沸剂和萃取剂的影响，精馏过程复杂、工艺流程加长、运行成本增加、工业化难度较大；精密精馏多采用直径50mm以内的精馏柱，放大效应明显，生产成本高，产品质量不稳定、收率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述现有技术存在的缺陷，提供一种可工业化生产、精馏过程简单的从异戊醇中分离2-甲基丁醇和3-甲基丁醇的装置及其应用方法。

本发明是这样实现的：

一种从异戊醇中分离2-甲基丁醇和3-甲基丁醇的装置，包括连续精馏塔，所述精馏塔的塔釜处设有再沸器和自动排液装置；所述连续精馏塔的塔顶出料口通过冷却器与塔顶采出口相连，所述塔顶的下方设有侧线采出口；所述连续精馏塔的塔节内设有并联螺旋填料，填料高度至少20m。

在所述连续精馏塔总高度的2/5～3/5之间设有至少两个进料口。

所述连续精馏塔的塔节之间设有液体收集器和分配器。

一种从异戊醇中分离2-甲基丁醇和3-甲基丁醇装置的应用方法，首先关闭所有物料进出口，再沸器将异戊醇加热气化；其次将异戊醇送至高位槽，根据异戊醇中2-甲基丁醇的浓度选择进料口，进入连续精馏塔中的高效并联螺旋填料内，在填料内进行充分传质交换，塔节之间的液体收集器和分配器对填料内冷凝液体进行重新分配；最后高纯度2-甲基丁醇由侧线采出口按50∶1回流比液相采出，塔顶采出口间歇性采出少量含异丁醇的2-甲基丁醇产品，使塔顶温度不低于127℃，3-甲基丁醇由塔釜自动排液装置排出，使塔釜内液位和气化量稳定。

制备所述异戊醇的装置为间歇精馏塔；所述间歇精馏塔的塔节内设有并联螺旋填料，塔釜内设有加热盘管，塔顶通过一冷却器与油水分离器的进口相连，所述油水分离器的下方出口分两路，一路为中间馏分采出口，另一路通过U型管与塔顶相通；塔釜通过另一冷却器与异戊醇的采出口相通。

间歇精馏生产异戊醇的过程中，以杂醇油为原料，利用原料中的异丙醇和异丁醇做共沸剂带出杂醇油原料中的水。

其中所述并联螺旋填料由一组若干根螺旋管并联在一起，安装在塔节内构成并联螺旋填料塔。螺旋管是由网带材料卷制而成，卷制成形后的螺旋管上下相邻螺旋圈之间有螺旋缝隙，单根螺旋管外有弹簧护套，螺旋管之间靠弹簧护套隔开并组成并联结构。操作时，分布到螺旋管的液体沿螺旋圈下降，网带材料构成的螺旋管的内外表面均形成流动的液膜，气体沿螺旋管内和管间上升，由此形成气相与液相的接触界面，进行气液传质。螺旋缝隙为螺旋管内和管间气体的流动交换提供通道，护套弹簧保证螺旋管的相对独立，避免液体的串流。

本发明的有益效果：由于精馏装置中使用了高效并联螺旋填料，同传统丝网波纹填料相比传质效率更高，从而有效降低了填料使用高度，减小了回流比，增加了处理量；用于2-甲基丁醇和3-甲基丁醇分离的连续塔填料高度由现有的50米降为25米，最低限度可达10米，回流比由100∶1减小到40∶1，同直径填料塔处理能力增加一倍以上；高效率填料使单塔流程成为可能，同多塔串联相比，单塔流程工艺更简单，操作稳定性强，由于蒸汽、物料等波动带来的影响很小，塔效率发挥稳定，特别适合难分离物料的精密精馏；高效并联螺旋填料在一定程度上解决了传统实验室精密精馏填料的放大效应问题，合理处理效率同产量之间的矛盾，直径1000mm以内传质效率不受塔径影响，从而使2-甲基丁醇和3-甲基丁醇的工业化分离得以实现。本发明中异戊醇的生产过程中由于采用原料自身含有的异丁醇组分做共沸剂，利用异丁醇同水的共沸作用带出原料中20％左右的水分，同传统加盐预处理工艺相比工艺更简单，所需设备更少，也避免了氯离子对设备的腐蚀。本发明中异戊醇由塔釜快速采出的方法可以降低生产能耗，提高异戊醇收率到95％以上，而且可以避免填料持液中轻组分对异戊醇产品形成污染，进一步影响到2-甲基丁醇的质量。本发明中的连续精馏塔设有多个进料口，可以根据原料中2-甲基丁醇的浓度选择进料口的位置，即可改变精馏段和提馏段的高度，也可以根据生产需要，依据不同的关键组分和不同的产品质量要求调整进料口位置，追求产品利益最大化。本发明中连续塔下方的侧线采出口可以避免塔顶2-甲基丁醇中少量的轻组分污染，塔顶采取全回流，间歇取样的方法排出少量的丁醇杂质，避免了产品重新处理的需要。

附图说明

图1为间歇精馏塔的结构示意图；

图2为连续精馏塔的结构示意图。

具体实施方式

下面的实施例对本发明作进一步的说明，但本发明不仅限于实施例中所涉及的内容。

根据附图1，从杂醇油中分离异戊醇的间歇精馏塔由若干装有高效并联螺旋填料的塔节1、带有加热盘管的塔釜4以及冷却器2、油水分离器3组成，精馏塔的塔节之间有液体收集器和分配器。原料杂醇油一次投入塔釜4，通过塔釜4内加热盘管升温气化，经塔内高效并联螺旋填料进行充分传质交换，塔节之间的液体收集器和分配器对填料内冷凝液体进行重新分配，保证填料传质效率，物料蒸汽经塔顶冷却器全部冷凝回流。塔顶温度到达89℃之前，馏分按3∶1回流比直接从油水分离器3下方采出；塔顶温度高于89℃后，关闭油水分离器3下方回流，异丁醇与水的共沸物在油水分离器3内分层，水相按5∶1回流比排出，油相由油水分离器3上方回流进塔，重复夹带塔釜中的水；塔顶温度升至108℃分水结束，开启油水分离器3下方回流，以10∶1回流比缓慢采出中间馏分，待塔顶温升至128℃，加大气化量，塔顶全回流，合格异戊醇混合体由塔釜4经冷却器14由简单蒸馏采出口5快速采出。其中高效并联螺旋填料的结构已由申请号为200510029847.3的《一种高效精馏填料塔》公开，即并联螺旋填料由一组若干根螺旋管并联在一起，安装在塔节内构成并联螺旋填料塔。螺旋管是由网带材料卷制而成，卷制成形后的螺旋管上下相邻螺旋圈之间有螺旋缝隙，单根螺旋管外有弹簧护套，螺旋管之间靠弹簧护套隔开并组成并联结构。操作时，分布到螺旋管的液体沿螺旋圈下降，网带材料构成的螺旋管的内外表面均形成流动的液膜，气体沿螺旋管内和管间上升，由此形成气相与液相的接触界面，进行气液传质。螺旋缝隙为螺旋管内和管间气体的流动交换提供通道，护套弹簧保证螺旋管的相对独立，避免液体的串流。

根据附图2，从异戊醇中分离2-甲基丁醇和3-甲基丁醇的连续精馏塔由若干装有高效并联螺旋填料的塔节7、再沸器8、冷却器13、高位槽6、进料口12、塔顶采出口9、侧线采出口11、塔釜自动排液装置10构成，精馏塔的塔节之间有液体收集器和分配器。首先关闭所有物料进出口，适量异戊醇经再沸器8加热气化，通过塔内填料进入塔顶冷却器13冷凝回流，保持全回流至塔顶塔釜产品合格；间歇精馏得到的异戊醇经泵送至高位槽6，根据异戊醇中2-甲基丁醇的浓度选择合适的进料口12连续进入精馏塔内的高效并联螺旋填料内，在填料内进行充分传质交换，塔节之间的液体收集器和分配器对填料内冷凝液体进行重新分配，保证填料传质效率。高纯度2-甲基丁醇由侧线采出口11按50∶1回流比液相采出，塔顶采出口9间歇性采出少量含异丁醇的2-甲基丁醇产品，保证塔顶温度不低于127℃，合格3-甲基丁醇由塔釜自动排液装置10排出，保证了釜内液位和气化量的稳定。其中高效并联螺旋填料的结构已由申请号为200510029847.3的《一种高效精馏填料塔》公开。

实施实例1

杂醇油间歇精馏塔直径200mm，填料高度6.0m，加杂醇油2000L，在填料塔内进行充分的传质交换，经冷却器冷凝后回流，原料中的水分通过油水分离器由异丁醇共沸带出，塔釜物料经检测合格后加大气化量，从塔釜简单蒸馏采出口快速蒸出异戊醇，避免填料中的轻组分对塔釜产品形成污染，共得到合格的异戊醇产品1000L，收率超过95％，其中2-甲基丁醇20％，3-甲基丁醇80％。

异戊醇连续精馏塔直径200mm，填料高度25m，其中精馏段15m，提馏段10m，间歇塔生产的2-甲基丁醇含量20％的异戊醇由高位槽经进料口进入填料塔内，纯度超过99.5％的2-甲基丁醇从塔顶下方侧线采出口采出，纯度超过99.5％的3-甲基丁醇由塔釜自动排液装置排出，侧线采出口可以减少2-甲基丁醇中少量的轻组分；进料量10～20L/h，塔顶出料2～4L/h，塔釜出料8～16L/h，2-甲基丁醇旋光度超过-4.6°。

实施实例2

杂醇油间歇精馏塔直径200mm，填料高度6.0m，加杂醇油2000L，在填料塔内进行充分的传质交换，以50∶1回流比收集127.5°～128.5℃之间馏分，得到中间馏分200L，其中2-甲基丁醇含量50％，3-甲基丁醇含量50％。

异戊醇连续精馏塔直径200mm，填料高度25m，其中精馏段13m，提馏段12m，间歇塔生产的2-甲基丁醇含量为50％的异戊醇由高位槽经进料口进入填料塔内，纯度超过99.5％的2-甲基丁醇从塔顶下方侧线采出口采出，纯度超过99.5％的3-甲基丁醇由塔釜自动排液装置排出；进料量8～10L/h，塔顶出料4～5L/h，塔釜出料4～5L/h，2-甲基丁醇旋光度超过-4.6°。

实施实例3

杂醇油间歇精馏塔直径200mm，填料高度6.0m，加杂醇油2000L，在填料塔内进行充分的传质交换，以1∶1回流比收集128.5℃～131.0℃之间馏分，得到中间馏分600L，其中2-甲基丁醇含量10％，3-甲基丁醇含量90％。

异戊醇连续精馏塔直径200mm，填料高度25m，其中精馏段11m，提馏段14m，间歇塔生产的2-甲基丁醇含量为10％的异戊醇由高位槽经进料口进入填料塔内，纯度超过99.5％的2-甲基丁醇从塔顶下方侧线采出口采出，纯度超过99.5％的3-甲基丁醇由塔釜自动排液装置排出；进料量20～30L/h，塔顶出料2～3L/h，塔釜出料18～27L/h。

Claims (6)

1.一种从异戊醇中分离2-甲基丁醇和3-甲基丁醇的装置，包括连续精馏塔，其特征在于：所述精馏塔的塔釜处设有再沸器和自动排液装置；所述连续精馏塔的塔顶出料口通过冷却器与塔顶采出口相连，所述塔顶的下方设有侧线采出口；所述连续精馏塔内设有并联螺旋填料，填料高度至少20m。

2.根据权利要求2所述从异戊醇中分离2-甲基丁醇和3-甲基丁醇的装置，其特征在于：在所述连续精馏塔总高度的2/5～3/5之间设有至少两个进料口。

3.根据权利要求1～2之一所述从异戊醇中分离2-甲基丁醇和3-甲基丁醇的装置，其特征在于：所述连续精馏塔的塔节之间设有液体收集器和分配器。

4.应用权利要求1所述的装置从异戊醇中分离2-甲基丁醇和3-甲基丁醇的方法，其特征在于：首先关闭所有物料进出口，再沸器将异戊醇加热气化；其次将异戊醇送至高位槽，根据异戊醇中2-甲基丁醇的浓度选择进料口，进入连续精馏塔中的高效并联螺旋填料内，在填料内进行充分传质交换，塔节之间的液体收集器和分配器对填料内冷凝液体进行重新分配；最后高纯度2-甲基丁醇由侧线采出口按50∶1回流比液相采出，塔顶采出口间歇性采出少量含异丁醇的2-甲基丁醇产品，使塔顶温度不低于127℃，3-甲基丁醇由塔釜自动排液装置排出，使塔釜内液位和气化量稳定。

5.根据权利要求4所述的分离2-甲基丁醇和3-甲基丁醇的方法，其特征在于：制备所述异戊醇的装置为间歇精馏塔；所述间歇精馏塔的塔节内设有并联螺旋填料，塔釜内设有加热盘管，塔顶通过一冷却器与油水分离器的进口相连，所述油水分离器的下方出口分两路，一路为中间馏分采出口，另一路通过U型管与塔顶相通；塔釜通过另一冷却器与混合异戊醇的采出口相通。

6.根据权利要求5所述的分离2-甲基丁醇和3-甲基丁醇的方法，其特征在于：间歇精馏生产异戊醇的过程中，以杂醇油为原料，利用原料中的异丙醇和异丁醇做共沸剂带出杂醇油原料中的水。

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