CN101851188A - 侧线精馏和萃取精馏集成提取α-吡咯烷酮与N-乙烯基吡咯烷酮的方法及其设备 - Google Patents
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Abstract
侧线精馏和萃取精馏集成提取α-吡咯烷酮与N-乙烯基吡咯烷酮的方法及其设备：原料经侧线精馏塔顶得到N-甲基吡咯烷酮和N-乙烯基吡咯烷酮混合物；混合物用环丁砜和甘油混合溶剂萃取分离，塔顶得N-甲基吡咯烷酮，塔釜流出含萃取剂和N-乙烯基吡咯烷酮混合物；侧线精馏中部得α-吡咯烷酮；萃取剂和混合物经再生塔处理，塔顶分别得到N-甲基吡咯烷酮馏分、N-乙烯基吡咯烷酮产品和α-吡咯烷酮馏分，底部得到萃取剂；N-甲基吡咯烷酮馏分去萃取精馏装置；α-吡咯烷酮馏分回侧线精馏塔原料罐循环使用；N-乙烯基吡咯烷酮去N-乙烯基吡咯烷酮储罐；萃取剂循环使用。本发明步骤简单，产品纯度高、收率高，无废液排放，能耗低。
Description
技术领域
本发明涉及一种侧线精馏与萃取精馏集成的工艺，具体涉及一种侧线精馏和萃取精馏集成分离α-吡咯烷酮与乙炔反应产物中N-乙烯基吡咯烷酮的工艺方法，特别是一种侧线精馏与混合溶剂萃取精馏集成分离未反应α-吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮与N-乙烯基吡咯烷酮的工艺方法。本发明还将提供这种方法所使用的设备。
背景技术
N-乙烯基吡咯烷酮无色或者浅黄色液体，在13℃以下发生结晶，易溶于水或其他多种有机溶剂，化学性质活泼，易水解和聚合，沸点在90～92℃@13mbar，黏度2.4mpas，@20℃，闪点95℃，比重1.043g/ml@20℃。N-乙烯基吡咯烷酮是一种具有重要用途的化合物，由于其亲水性、强极性、低毒性和阳离子活性，可广泛用于胶黏剂、涂料、纺织、食品和制药等工业领域，它的共聚物和均聚物大都具有良好的膜强性、染色相容性、刚性和黏性。在许多领域广泛应用。塑料：该单体可以添加于UV固化涂料的配方中，形成柔韧且坚硬的塑料薄膜。在辐射医疗配方中添加NVP可以提高高光和低光涂料的延长率、黏度等；木材：增强产品性能、提高生产力和减轻对环境污染的压力，是家具工业中对散射形涂料的使用需要调查的主要动因。木制地板工业中使用的抗紫外涂料中添加NVP可以提供无蜡地板对等的物理特性；造纸：造纸或纸板中使用的UB和EB固化涂料，一般要求较低的黏度和高的反应活性。NVP通过改善流动性和测量水准而满足这些标准，并且维持好的固化特性；金属：金属用UV涂料一般使用阳离子乙烯基醚/环氧化学或杂环体系组成配方，NVP的功能是和乙烯醚或丙烯酸官能团交联在这些体系中形成一种优良活性的稀释剂；油墨：包装市场利用EB和紫外固化技术，来加快生产速度并且降低能耗。优良性能和少气味的固化油墨在丝网油墨市场中占据重要分额；电子：电器设备制造商依靠UV涂料快速加工处理和低温处理过程来保护电缆和电器元件以及印刷电路板；黏合剂：严格的排放要求和必须较高的固化速率促使该工业发展一系列宽范围的固化黏合剂。
目前为了得到高纯度N-乙烯基吡咯烷酮，由于N-甲基吡咯烷酮与N-乙烯基吡咯烷酮的沸点差较小，采用多次简单蒸馏分离α-吡咯烷酮与乙炔反应产物，回流比(R)控制在约8∶1，仅得到99.1％左右的N-乙烯基吡咯烷酮，分离过程中产生大量中间产品，该方法分离过程能耗大、收率低、流程较复杂。
发明内容
本发明将提供一种侧线精馏和萃取精馏集成提取α-吡咯烷酮与乙炔反应产物中N-乙烯基吡咯烷酮的方法及其设备，与传统工艺相比，新方法工艺步骤较简单，产品纯度高，混合萃取剂循环使用，生产过程无中间产品，能耗低。本发明采用侧线精馏和混合萃取剂萃取精馏结合分离上述混合液，原料液经侧线精馏后，塔顶得到13％的N-甲基吡咯烷酮和86％的N-乙烯基吡咯烷酮混合物，99％的N-甲基吡咯烷酮和N-乙烯基吡咯烷酮混合物经混合萃取剂萃取精馏后，可一次得到99％以上的N-甲基吡咯烷酮，一次得率达到88％以上，侧线得到85％左右α-吡咯烷酮，作为乙炔化反应的原料，底部为高沸点有机物。
本发明提供的侧线精馏和混合萃取剂萃取精馏集成分离的方法，是一个侧线精馏和萃取精馏集成分离α-吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮和N-乙烯基吡咯烷酮体系，具体方案是：
一种侧线精馏和萃取精馏集成提取α-吡咯烷酮与N-乙烯基吡咯烷酮的方法，其特征在于，步骤如下：
(1)原料α-吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮和N-乙烯基吡咯烷酮混合液先经侧线精馏，塔顶得到质量比99％的N-甲基吡咯烷酮和N-乙烯基吡咯烷酮混合物；99％的N-甲基吡咯烷酮和N-乙烯基吡咯烷酮混合物用环丁砜和甘油混合溶剂(萃取剂)萃取分离，塔顶得质量比99％以上的N-甲基吡咯烷酮，塔釜流出含萃取剂和N-乙烯基吡咯烷酮混合物；
(2)侧线精馏中部得到质量比85％左右的α-吡咯烷酮；
(3)上述萃取剂和N-乙烯基吡咯烷酮混合物经再生塔处理，根据N-甲基吡咯烷酮、N-乙烯基吡咯烷酮及萃取剂的沸点不同，再生塔塔顶分别得到少量的质量比39％N-甲基吡咯烷酮馏分、质量比99.5％以上的N-乙烯基吡咯烷酮产品和质量比11％左右的α-吡咯烷酮馏分，底部得到萃取剂；
(4)39％N-甲基吡咯烷酮馏分去萃取精馏装置，作为原料；
(5)11％α-吡咯烷酮馏分回侧线精馏塔原料罐，循环使用；
(6)99.5％以上的N-乙烯基吡咯烷酮去N-乙烯基吡咯烷酮储罐；萃取剂去萃取剂储罐，萃取剂循环使用。
以上方案中，含环丁砜和甘油混合溶剂(萃取剂)的进料质量比例为1∶0.5～1.5。
以上方案中，步骤(1)环丁砜萃取剂与原料进料比例为0.5～1.5∶1，所述萃取塔塔顶温度控制在202.5～203.5℃。
具体步骤是：合成反应精馏后溶液-馏分①进入侧线精馏塔，塔顶得到86％左右的N-乙烯基吡咯烷酮②，该N-乙烯基吡咯烷酮②进入萃取精馏塔，控制塔顶温度在212.5～213.5℃；萃取剂在原料上方NS位置进料，塔顶为99％以上的N-甲基吡咯烷酮④；该萃取精馏塔塔釜混合液经再生塔处理，再生塔顶分别馏出馏分⑦、馏分⑧和馏分⑨；馏分⑦送至萃取精馏塔作为原料，馏分⑧为99.6％N-乙烯基吡咯烷酮成品，馏分⑨去侧线精馏塔，作为原料；再生塔底处理后溶剂送至馏分⑤循环使用。
13％的N-甲基吡咯烷酮和86％的N-乙烯基吡咯烷酮混合物经萃取精馏后，可一次得到99％以上的N-甲基吡咯烷酮，得率均达到88％以上。
分离过程的工艺条件：分离过程中各塔釜温度控制、回流比、进料位置及塔板数见表1所示。
表1分离过程工艺条件
| 工艺参数 | 侧线精馏塔T-1 | 萃取装置精馏塔T-2 | 再生塔T-3 |
| 塔顶温度(℃) | 212.5～214.1 | 202.2～203.5 | 202.0～217.0217.0～221.0222.0～244.0 |
| 塔底温度(℃) | 253.0～256.0 | 218.9～227.0 | ～253.0 |
| 回流比(R) | 4 | 2～3 | 1～2 |
| 塔高(m) | 12 | 14.5 | 11 |
| 原料进料位置(m) | 6 | 11.5 | 6 |
| 侧线位置(m) | 9 | / | / |
| 萃取剂进料位置(m) | / | 3 | / |
换言之，以上方案中的工艺参数如下：所述侧线精馏塔塔顶温度212.5～214.1℃，塔底温度253.0～256.0℃，回流比4；所述萃取塔塔底温度218.9～227.0℃，回流比2～3；所述再生塔塔顶温度202～244℃，再生塔塔底温度～253.0℃，回流比1～2。
完成本申请第2个发明任务的方案是：一种上述侧线精馏和萃取精馏集成分离α-吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮和N-乙烯基吡咯烷酮的方法所使用的装置，由侧线精馏塔、萃取精馏塔及再生塔构成，其特征在于，所述萃取塔结构如下：原料贮槽通过泵及玻璃转子流量计接萃取精馏塔的中下部，萃取精馏塔的塔釜设有塔釜取样器、塔釜温度计、电磁棒和电热套；精馏塔的塔顶设有冷凝器，并设有塔顶取样器、塔顶温度计和回流口；塔中上部通过玻璃转子流量计及泵，与溶剂贮槽连接；该萃取精馏塔的塔内设有填料；塔外设有玻璃纤维棉及夹套。
本发明提供一种侧线精馏和萃取精馏集成提取α-吡咯烷酮与乙炔反应产物中N-乙烯基吡咯烷酮的工艺，国内外尚未见报道。与传统工艺相比，本发明的新方法工艺步骤比较简单，产品纯度高、收率高，萃取剂循环使用，生产过程无废液排放，能耗低。
附图说明
图1为侧线精馏与萃取精馏集成分离α-吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮和N-乙烯基吡咯烷酮的工艺流程图；E1～E3为冷凝器，R1～R3为再沸器，T1～T3分别为侧线精馏塔、萃取精馏塔和再生塔。
图2为萃取实验装置。
具体实施方式
实施例1，侧线精馏和萃取精馏集成工艺及实验装置分别参照图1、图2，其中1为原料贮槽，2为泵，3为玻璃转子流量计，4为塔釜取样器，5为电热套，6为塔釜，7为塔釜温度计，8为溶剂贮槽，9为泵，10为玻璃转子流量计，11为玻璃纤维棉及夹套，12为填料，13为塔顶取样器，14为回流口，15为塔顶温度计，16为电磁棒，17为冷凝器。α-吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮和N-乙烯基吡咯烷酮混合液经SP-6800色谱仪分析，组成见表2所示，表中组成均为质量含量。原料液经侧线精馏后，侧线精馏中部得到85％左右的α-吡咯烷酮，循环至乙炔化反应原料罐；塔顶得到99％的N-甲基吡咯烷酮和N-乙烯基吡咯烷酮混合物，99％的N-甲基吡咯烷酮和N-乙烯基吡咯烷酮混合物用环丁砜和甘油溶剂(萃取剂)萃取分离，塔顶得99％以上的N-甲基吡咯烷酮，塔釜流出含萃取剂和N-乙烯基吡咯烷酮混合物经再生塔处理，根据N-甲基吡咯烷酮、N-乙烯基吡咯烷酮及萃取剂的沸点不同，再生塔塔顶分别得到少量的37％N-甲基吡咯烷酮馏分、99.5％以上的N-乙烯基吡咯烷酮产品，N-乙烯基吡咯烷酮得率可达95.4％以上，37％N-甲基吡咯烷酮馏分去萃取精馏塔原料罐循环使用，11％左右α-吡咯烷酮馏分去侧线精馏塔作为原料；底部得到萃取剂，萃取剂循环使用。过程无废N-乙烯基吡咯烷酮排放。萃取实验在常压下进行，塔内径为22mm，内装
型不锈钢填料，经用标准体系测定，该填料等板高度HETP＝27mm。塔釜用电热套加热，塔顶产品出料及原料、溶剂、进料均用玻璃转子流量计计量，塔顶回流用电磁棒调节，塔釜用真空泵抽出，塔底组成见表2所示，塔底流出液送至溶剂再生塔，再生塔操作条件如表1所示，溶剂经脱N-乙烯基吡咯烷酮后循环使用，再生塔处理后，塔顶、塔底组成见表2所示，塔顶37％左右N-甲基吡咯烷酮送至萃取精馏塔作原料，11％α-吡咯烷酮溶液送至侧线精馏塔，作为原料。
表2侧线精馏和萃取精馏集成分离结果
实施例2，与实施例1基本相同，但有以下改变：
步骤(1)的含环丁砜和甘油混合溶剂(萃取剂)的进料质量比例为1∶1.5；
所述的环丁砜和甘油混合溶剂中，环丁砜和甘油的容积比为1∶1。
实施例3，与实施例1基本相同，但有以下改变：
步骤(1)的含环丁砜和甘油混合溶剂(萃取剂)的进料量比例为1∶0.5。
Claims (7)
1.一种侧线精馏和萃取精馏集成提取α-吡咯烷酮与N-乙烯基吡咯烷酮的方法，其特征在于，步骤如下：
(1)原料α-吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮和N-乙烯基吡咯烷酮混合液先经侧线精馏，塔顶得到质量比99％的N-甲基吡咯烷酮和N-乙烯基吡咯烷酮混合物；99％的N-甲基吡咯烷酮和N-乙烯基吡咯烷酮混合物用环丁砜和甘油混合溶剂萃取分离，塔顶得质量比99％以上的N-甲基吡咯烷酮，塔釜流出含萃取剂和N-乙烯基吡咯烷酮混合物；
(2)侧线精馏中部得到质量比85％左右的α-吡咯烷酮；
(3)上述萃取剂和N-乙烯基吡咯烷酮混合物经再生塔处理，根据N-甲基吡咯烷酮、N-乙烯基吡咯烷酮及萃取剂的沸点不同，再生塔塔顶分别得到少量的质量比39％N-甲基吡咯烷酮馏分、质量比99.5％以上的N-乙烯基吡咯烷酮产品和质量比11％左右的α-吡咯烷酮馏分，底部得到萃取剂；
(4)39％N-甲基吡咯烷酮馏分去萃取精馏装置，作为原料；
(5)11％α-吡咯烷酮馏分回侧线精馏塔原料罐，循环使用；
(6)99.5％以上的N-乙烯基吡咯烷酮去N-乙烯基吡咯烷酮储罐；萃取剂去萃取剂储罐，萃取剂循环使用。
2.根据权利要求1所述的侧线精馏和萃取精馏集成提取α-吡咯烷酮与N-乙烯基吡咯烷酮的方法，其特征在于，含环丁砜和甘油混合溶剂的进料质量比例为1∶0.5～1.5。
3.根据权利要求1所述的侧线精馏和萃取精馏集成提取α-吡咯烷酮与N-乙烯基吡咯烷酮的方法，其特征在于，步骤(1)环丁砜萃取剂与原料进料比例为0.5～1.5∶1，所述萃取塔塔顶温度控制在202.5～203.5℃。
4.根据权利要求1所述的侧线精馏和萃取精馏集成提取α-吡咯烷酮与N-乙烯基吡咯烷酮的方法，其特征在于，各步骤的具体操作是：合成反应精馏后溶液-馏分①进入侧线精馏塔，塔顶得到86％左右的N-乙烯基吡咯烷酮②，该N-乙烯基吡咯烷酮②进入萃取精馏塔，控制塔顶温度在212.5～213.5℃；萃取剂在原料上方NS位置进料，塔顶为99％以上的N-甲基吡咯烷酮④；该萃取精馏塔塔釜混合液经再生塔处理，再生塔顶分别馏出馏分⑦、馏分⑧和馏分⑨；馏分⑦送至萃取精馏塔作为原料，馏分⑧为99.6％N-乙烯基吡咯烷酮成品，馏分⑨去侧线精馏塔，作为原料；再生塔底处理后溶剂送至馏分⑤循环使用。
5.根据权利要求1～4之一所述的侧线精馏和萃取精馏集成提取α-吡咯烷酮与N-乙烯基吡咯烷酮的方法，其特征在于，工艺参数如下：所述萃取塔塔底温度218.9～227.0℃，回流比2～3；所述再生塔塔顶温度分别取202～217、217～221、222～244℃，再生塔塔底温度～253℃，回流比1～2；所述侧线精馏塔塔顶温度212.5～214.1℃，塔底温度253.0～256.0℃，回流比4。
6.根据权利要求5所述的侧线精馏和萃取精馏集成提取α-吡咯烷酮与N-乙烯基吡咯烷酮的方法，其特征在于，分离过程中各塔釜温度控制、回流比、进料位置及塔板数见表1所示：
表1分离过程工艺条件
7.一种根据权利要求1所述的侧线精馏和萃取精馏集成提取α-吡咯烷酮与N-乙烯基吡咯烷酮的方法所使用的装置，由萃取精馏塔、再生塔与侧线精馏塔组成，其特征在于，所述萃取精馏塔结构如下：原料贮槽通过泵及玻璃转子流量计接萃取精馏塔的下部，萃取精馏塔的塔釜设有塔釜取样器、塔釜温度计、电磁棒和电热套；萃取精馏塔的塔顶设有冷凝器，并设有塔顶取样器、塔顶温度计和回流口；塔中部通过玻璃转子流量计及泵，与溶剂贮槽连接；该萃取精馏塔的塔内设有填料；塔外设有玻璃纤维棉及夹套。
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