CN101544546A - 一种萃取精馏分离乙二醇二甲醚和水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种萃取精馏分离乙二醇二甲醚和水的方法，萃取精馏过程采用双塔流程，由萃取精馏塔和脱水塔组成，采用二元醇或二元醇与无机盐的组合物作为萃取剂进行萃取精馏，其中无机盐在萃取剂中的质量百分比为0～20％。本发明提出的萃取精馏方法可得到含水量0.1％以下的乙二醇二甲醚产品，避免了传统工艺采用无水氯化钙干燥剂脱水存在的产品损耗大、环境污染严重等问题，可用于工业生产中。
Description
技术领域
本发明涉及一种分离乙二醇二甲醚和水的方法，尤其是特别涉及一种萃取精馏分离乙二醇二甲醚和水的方法。
背景技术
乙二醇二甲醚为无色液体，有乙醚气味，能溶于水、乙醇、乙醚、氯仿和烃类溶剂。由于乙二醇二甲醚的化学性质稳定，在工厂和实验室中被广泛使用，主要用做硝酸纤维素和多种树脂的溶剂。
乙二醇二甲醚通常的制备方法是先将乙二醇单甲醚与碱金属或其氢氧化物反应，制成乙二醇单甲醚醇碱化合物，再与氯甲烷等甲基化试剂反应制得。该方法乙二醇单甲醚的封端率，亦即乙二醇二甲醚的收率一般在40％左右，采用常规的精馏技术对上述反应产物进行分离。由于乙二醇二甲醚与水共沸，其塔顶物料按共沸物组成出料，为含水量7-10％的乙二醇二甲醚。乙二醇二甲醚脱水的传统工艺是采用干燥剂无水氯化钙脱水，用量约10％，能使乙二醇二甲醚中的水份降至1％以下，然后再通过精馏脱去前镏份即得成品。其不足之处是无水氯化钙吸水的同时，也吸附一定量的乙二醇二甲醚形成胶状物，回收比较困难，弃之则污染环境。
萃取精馏是化工行业中近三十年来发展起来的一种重要的分离方法。萃取精馏过程一般采用双塔流程(Sucksmith I.Chemical Engineering，1982，28∶91)，由萃取精馏塔和溶剂回收塔组成。本发明采用萃取精馏工艺分离乙二醇二甲醚和水，可直接得到合格的乙二醇二甲醚产品，不仅降低了成本，也减少了对环境的污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种萃取精馏分离乙二醇二甲醚和水的方法，克服现有的干燥剂脱水方法存在的乙二醇二甲醚产品损失和干燥剂回收困难的缺点，可直接得到合格的乙二醇二甲醚产品，不仅降低了成本，也减少了对环境的污染。
萃取精馏过程一般采用双塔流程，由萃取精馏塔和溶剂回收塔组成。一个能耗低、设备生产能力发挥得好的萃取精馏工艺，不仅要求流程设计和塔板结构设计合理，也要求能针对特定的被分离体系，选用特定的溶剂或萃取剂组合。本发明针对乙二醇二甲醚和水的共沸混合物，采用二元醇或二元醇与盐的组合物作为萃取剂，用于所述共沸物的萃取精馏分离。
本发明采用的技术方案如下：
一种萃取精馏分离乙二醇二甲醚和水的方法，其特征在于：萃取精馏过程采用双塔流程，由萃取精馏塔和脱水塔组成，采用二元醇或二元醇与无机盐的组合物作为萃取剂进行萃取精馏。
本发明采用二元醇与无机盐的混合物作为萃取剂进行萃取精馏，能得到符合质量要求的乙二醇二甲醚。乙二醇二甲醚和水的混合物在共沸组成下，相对挥发度α等于1，即气相和液相组成相同。加入萃取剂的作用是改变组份的相对挥发度α，使α大于或等于2，否则萃取精馏就是不经济的。相对挥发度α计算公式：
α＝(Y1/X1)/(Y2/X2)
X和Y字母的下标1表示乙二醇二甲醚，2表示水，X表示液相摩尔分数，Y表示气相摩尔分数。在气液平衡状态下，将气相冷凝，借助于气相色谱分别测定气、液两相的组成，即可求得相对挥发度α。
在乙二醇二甲醚脱水工艺中，乙二醇二甲醚为轻组分，水为重组分。本发明采用乙二醇类作为萃取剂，因为极性的原因萃取剂乙二醇易将水分带走。并且塔内萃取剂的浓度越大，使相对挥发度改变的程度也越大，即α越大。
把盐类加入到非电解质水溶液中，引起非电解质溶液溶解度的变化称为盐效应。盐效应引起汽液平衡组成的变化，一般是增大有机物质的相对挥发度α。这是因为不同组分对盐的溶解度不同，所以各组分蒸汽压下降的程度就有差别。对乙二醇二甲醚与水的二元物系，水的蒸汽压下降大而乙二醇二甲醚的蒸汽压下降小。所以乙二醇二甲醚对水的相对挥发度提高了，或者说加盐是强化了萃取精馏的效果。
所述的二元醇A为乙二醇、丙二醇或丁二醇，或是其混合物。
所述的无机盐B为醋酸钾、氯化钠或硫酸钠，或是其混合物。
所述的无机盐在萃取剂中的质量百分比为0～20％。
所述的萃取剂体积流量与原料液体积流量之比为1.0～3.0：1。
萃取精馏过程采用双塔流程，由萃取精馏塔和脱水塔(或称溶剂回收塔)组成。所述的萃取精馏塔的操作条件为常压，回流比为1.0～2.0：1。塔顶温度控制在83.5～85℃，塔釜温度控制在95～140℃，在此条件下塔顶可得到水份含量为0.1％以下的乙二醇二甲醚。萃取精馏塔的塔釜液为含萃取剂、水和极少量乙二醇二甲醚的混合物。
将萃取精馏塔的塔釜液引入脱水塔，脱除其中的水分和极少量的乙二醇二甲醚。脱水塔的操作条件为常压或减压，回流比0.5～5.0：1。塔顶温度控制在45～100℃，塔釜温度控制在100～196℃。塔釜萃取剂返回萃取精馏塔循环使用。
本发明的方法适用于处理乙二醇二甲醚与水组成的共沸混合物或接近恒沸组成的混合物，即含水量为7～10％wt的乙二醇二甲醚。
本发明所述的萃取精馏方法分离乙二醇二甲醚和水的双塔流程如图1所示：
萃取精馏塔(3)的理论塔板数为30或30以上。如图所示，萃取剂从萃取精馏塔(3)上部进料口(通常在第4块理论板)，即管口(1)加入，则进料口以上组成萃取剂回收段。该塔板往上萃取剂的摩尔分数迅速降至零。乙二醇二甲醚与水的混合物以泡点温度从萃取精馏塔(3)中部进料口，即管口(2)加入，则萃取精馏塔(3)两进料口间为精馏段，精馏段至少具有18个理论板。该段内萃取剂的摩尔分数近似恒定，从上往下，气相中乙二醇二甲醚的摩尔分数逐渐降低，液相中水的摩尔分数逐惭升高。从管口(2)往下至塔釜为提镏段，提镏段至少具有8个理论板，作用是从下降液体中提取乙二醇二甲醚，使塔釜中乙二醇二甲醚的摩尔分数下降到接近为零。萃取精馏塔(3)的操作条件为常压，萃取剂体积流量与原料液体积流量之比为1.0～3.0：1，塔釜温度控制在95～140℃，塔顶温度控制在83.5～85℃，在此条件下塔顶可得到水份含量为0.1％以下的乙二醇二甲醚。塔顶馏出物经冷凝器(5)冷凝，部分经管道(7)返回到萃取精馏塔(3)，回流比控制在1.0～2.0：1。乙二醇二甲醚成品由管道(8)放出。含水的塔釜液由塔底管道(9)送入脱水塔(11)进行萃取剂脱水处理并循环使用。
脱水塔(11)的理论塔板数在20或20以上。脱水塔的操作条件为常压或减压，塔釜温度控制在100～196℃，塔顶温度控制在45～100℃，塔顶馏出物经冷凝，回流比0.5～5.0：1，由管道(16)放出的主要是水，可能含有极少量的乙二醇二甲醚。脱水塔(11)塔底由管道(17)放出的是经过脱水处理的萃取剂，可经由萃取精馏塔(3)的管口(1)返回循环使用。
本发明的方法利用萃取精馏工艺分离乙二醇二甲醚和水，可直接得到含水量为0.1％以下的乙二醇二甲醚产品，工艺简单，不仅降低了成本，也减少了对环境的污染，可用于工业生产中。
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。本发明的范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求的范围加以限定。
附图说明
图1萃取精馏双塔流程示意图
具体实施方式
实施例1
萃取精馏分离乙二醇二甲醚和水的方法，其工艺流程如图1所示。萃取精馏塔3具有30块理论塔板。以乙二醇作为萃取剂，从第4块理论板处(塔板数从上往下，管口1)加入，流量为4ml/min。乙二醇二甲醚和水的混合物预先加热至泡点温度，从第22块理论板处(管口2)加入，流量为4ml/min，其中乙二醇二甲醚的质量分数为90.3％。萃取精馏塔3在常压下操作，塔顶回流比2.0：1，塔顶温度83.5～84.5℃，塔釜温度95～100℃。塔顶产物经气相色谱分析，得到水含量质量分数为0.09％的乙二醇二甲醚产品。
萃取精馏塔3的塔釜物进入脱水塔11，脱水塔11具有20块理论塔板，脱水塔11操作条件为：真空度≥0.09MPa，回流比0.5～5.0：1，塔顶温度45～55℃，塔釜温度100～140℃。脱水塔11的塔釜物返回萃取精馏塔3循环使用。
实施例2
萃取精馏塔及萃取精馏分离流程同实施例1。以丙二醇作为萃取剂，从第4块理论板加入(塔板数从上往下)，流量为10ml/min。乙二醇二甲醚和水的混合物预先加热至泡点温度，从第22块理论板加入，流量为4ml/min，其中乙二醇二甲醚的质量分数为88.3％。萃取精馏塔3在常压下操作，回流比为1.5：1。此时塔顶温度84～85℃，塔釜温度95～100℃。塔顶产物经气相色谱分析，得到水含量质量分数为0.07％的乙二醇二甲醚产品。
脱水塔11的脱水操作条件同实施例1，塔釜物返回萃取精馏塔3循环使用。
实施例3
萃取精馏塔及萃取精馏分离流程同实施例1。以乙二醇和丙二醇的混合物(质量比为1：1)作为萃取剂。从第4块理论板加入(塔板数从上往下)，流量为10ml/min。乙二醇二甲醚和水的混合物预先加热至泡点温度，从第22块理论板加入，流量为4ml/min，其中乙二醇二甲醚的质量分数为88.3％。萃取精馏塔3在常压下操作，控制回流比为1.5：1。此时塔顶温度83.5～84.5℃，塔釜温度95～100℃。塔顶产物经气相色谱分析，得到水含量质量分数为0.08％的乙二醇二甲醚产品。
脱水塔11的脱水操作条件同实施例1，塔釜物返回萃取精馏塔3循环使用。
实施例4
萃取精馏塔及萃取精馏分离流程同实施例1。以乙二醇和醋酸钾的混合物作为萃取剂，醋酸钾在萃取剂中的质量分数为15％。萃取剂从第4块理论板加入(塔板数从上往下)，流量为6ml/min。乙二醇二甲醚和水的混合物预先加热至泡点温度，从第22块理论板加入，流量为4ml/min，其中乙二醇二甲醚的质量分数为88.3％。萃取精馏塔3在常压下操作，控制回流比为1：1。此时塔顶温度83.5～84.5℃，塔釜温度95～100℃。塔顶产物经气相色谱分析，得到水含量质量分数为0.05％的乙二醇二甲醚产品。
脱水塔11的脱水操作条件同实施例1，塔釜物返回萃取精馏塔3循环使用。
实施例5
萃取精馏塔及萃取精馏分离流程同实施例1。采用A组分与B组分的混合物作为萃取精馏的萃取剂，其中A组分为乙二醇、丙二醇和丁二醇的混合物(质量比为1：1：1)；B组分为醋酸钾和硫酸钠的混合物(质量比为1：1)；B组分在萃取剂中的质量分数为20％。萃取剂从第4块理论板加入(塔板数从上往下)，流量为6ml/min。乙二醇二甲醚和水的混合物预先加热至泡点温度，从第22块理论板加入，流量为4ml/min，其中乙二醇二甲醚的质量分数为88.3％。萃取精馏塔3在常压下操作，控制回流比为1：1。此时塔顶温度83.5～84.5℃，塔釜温度95～100℃。塔顶产物经气相色谱分析，得到水含量质量分数为0.04％的乙二醇二甲醚产品。
脱水塔11的脱水操作条件同实施例1，塔釜物返回萃取精馏塔3循环使用。
Claims (9)
1、一种萃取精馏分离乙二醇二甲醚和水的方法，其特征在于：萃取精馏过程采用双塔流程，由萃取精馏塔和脱水塔组成，采用二元醇或二元醇与无机盐的组合物作为萃取剂进行萃取精馏。
2、根据权利要求1所述的分离乙二醇二甲醚和水的方法，其特征在于：所述的二元醇为乙二醇、丙二醇或丁二醇，或是其混合物。
3、根据权利要求1所述的分离乙二醇二甲醚和水的方法，其特征在于：所述的无机盐为醋酸钾、氯化钠或硫酸钠，或是其混合物。
4、根据权利要求1所述的分离乙二醇二甲醚和水的方法，其特征在于：所述的无机盐在萃取剂中的质量百分比为0～20％。
5、根据权利要求1所述的分离乙二醇二甲醚和水的方法，其特征在于：所述的萃取剂体积流量与原料液体积流量之比为1.0～3.0：1。
6、根据权利要求1所述的分离乙二醇二甲醚和水的方法，其特征在于：萃取精馏塔在常压条件下操作，回流比为1.0～2.0：1，塔顶温度83.5～85℃，塔釜温度95～140℃。
7、根据权利要求1所述的分离乙二醇二甲醚和水的方法，其特征在于：脱水塔在常压或减压条件下操作，回流比0.5～5.0：1，塔顶温度45～100℃，塔釜温度100～196℃。
8、根据权利要求1所述的分离乙二醇二甲醚和水的方法，其特征在于：所述方法用于处理含水量为7～10％wt的乙二醇二甲醚。
9、根据权利要求1所述的分离乙二醇二甲醚和水的方法，其特征在于：萃取精馏塔的理论塔板数≥30，脱水塔的理论塔板数≥20。
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