CN102040542B

CN102040542B - 利用隔板塔共沸精馏从废水中回收乙腈的工艺

Info

Publication number: CN102040542B
Application number: CN201010522146.4A
Authority: CN
Inventors: 李春利; 方静; 王荣良; 刘继东; 李莉洁
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2030-10-28
Also published as: CN102040542A

Abstract

本发明涉及一种利用隔板塔共沸精馏从废水中回收乙腈的工艺。利用隔板塔共沸精馏同时回收废水中的乙腈、二氯甲烷、硅醚和DMF等微量高沸点物质，在隔板塔预分馏段连续进料进行共沸精馏，塔顶馏分进入分相罐分别得到二氯甲烷、水，隔板塔主塔侧线采出得到乙腈，塔釜得到硅醚等高沸点物质。本发明可以利用单塔通过共沸精馏的方式分别于隔板塔塔顶、侧线采出、塔釜三个位置分别得到纯度较高的组分并实现连续生产。本发明特别适用于处理低浓度乙腈废水(乙腈质量浓度≤50％)，该工艺能够在保证乙腈收率的同时大幅度降低低浓度乙腈废水处理过程中的能耗，具有显著的实用性及经济效益。

Description

利用隔板塔共沸精馏从废水中回收乙腈的工艺

技术领域

本发明涉及一种利用隔板塔共沸精馏从-废水中回收乙腈的工艺，具体是利用隔板塔，从含低浓度乙腈、二氯甲烷、DMF和硅醚等高沸点物质的废水中回收得到高纯度的乙腈。

背景技术

化工行业的废水包含乙腈、二氯甲烷、水以及硅醚、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)等微量高沸点物质，属于多元共沸体系，分离难度较大。原有分离工艺采用多塔流程，设备投资大，能量消耗高，已不能适应节能、高效的化工分离工艺要求。

隔板塔是一种完全热耦合精馏塔，其结构特征是在一精馏塔的内部设置一垂直隔板，将其分成上部公共精馏段、下部公共提馏段以及两侧精馏进料段(预分馏塔)和侧线采出段(主塔)。这种结构特征使得隔板塔成为一种热力学上较为理想的新型塔设备，具有既可以大幅提高热力学效率、降低能耗，又可以减少设备投资和占地面积的优势。在能源危机目益加剧的今天，隔板塔精馏过程节能技术研究成为目前该领域的热点。

乙腈是一种无色透明的液体，有类似于醚的特殊气味，沸点81.6℃(101.3kPa)，是一种重要的有机溶剂，同时也是一种重要的化工原料。由于其在化工生产中的广泛性和重要性，使得含乙腈的工业废水处理成为解决环境污染的技术难题。目前含乙腈的工业废水由于乙腈-水完全互溶二元共沸物系(共沸组成85％，水15％，V/V，共沸点76℃)的存在造成分离困难。传统的乙腈回收工艺包括氯化钙脱水法、变压精馏、盐效萃取与精馏联合等，但过程往往存在工艺过程复杂，设备投资大以及产品纯度不高的缺点。因此采用隔板塔以共沸精馏的工艺从乙腈含量较低的废水中回收得到高纯乙腈，可有效降低过程能耗，减少环境污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用隔板塔共沸精馏从废水中回收乙腈的工艺，可以有效克服已有技术的缺点。利用隔板塔共沸精馏同时回收废水中的乙腈、二氯甲烷、硅醚和DMF等微量高沸点物质，在隔板塔预分馏段连续进料进行共沸精馏，塔顶馏分进入分相罐分别得到二氯甲烷、水，隔板塔主塔侧线采出得到乙腈，塔釜得到硅醚等高沸点物质。本发明可以利用单塔通过共沸精馏的方式分别于隔板塔塔顶、侧线采出、塔釜三个位置分别得到纯度较高的组分并实现连续生产。本发明特别适用于处理低浓度乙腈废水(乙腈质量浓度≤50％)，该工艺能够在保证乙腈收率的同时大幅度降低低浓度乙腈废水处理过程中的能耗，具有显著的实用性及经济效益。

本发明提供的一种利用隔板塔共沸精馏从废水中回收乙腈的工艺包括的步骤如下：

1)将含低浓度的乙腈废水原料液从隔板塔的预分馏段102进入。在预分馏段102完成A、B与B、C的初步分离，A、B进入隔板塔上部公共精馏段101，B、C进入隔板塔下部公共提馏段104，并分别进行后续的精馏分离过程。轻组分A为二氯甲烷和水的共沸物(二氯甲烷和水共沸点38.1℃)，中间组分B为乙腈和水的共沸物(乙腈和水共沸点76℃)，重组分C为硅醚等高沸点物质。

2)A、B在公共精馏段101进行分离，塔顶馏出组分A后进入分相罐105，分相后上层为水，下层为二氯甲烷；隔板塔塔头冷凝回流，回流液经过公共精馏段101后通过液体分配器依据一定比例分别进入预分馏塔102和主塔103，构成隔板塔内部回流，即提供预分馏段102和主塔103的回流液以构成和上升蒸汽的接触、传质。最终精制得到组分B从隔板塔主塔侧线采出。

3)B、C在公共提馏段104进行分离，塔釜得到组分C，此情形下得到的组分B与通过A、B精馏得到的组分B一起进入隔板塔主塔103侧线采出。

所述的低浓度乙腈废水中乙腈质量浓度≤50％；进料量为0.2-0.3L/h。

所述的隔板塔总的理论板数为25，其中公共精馏段101理论板数为9，预分馏段102和主塔103理论板数均为9，公共提馏段104理论板数为7。操作压力为101.325kPa，精馏过程回流比控制在3-4，塔内液体流量分配比控制在3-4∶1(主塔∶预分馏塔)。

本发明利用隔板塔共沸精馏从废水中回收乙腈的工艺，使得乙腈的收率在87％以上，乙腈的质量浓度在99.0％以上，而原有工艺中的乙腈收率只有60％左右。由于传统乙腈回收工艺往往需要多塔才能完成所有组分的分离提纯，冷凝器和再沸器的数量多，能耗大，热力学效率底下。本发明使用隔板塔可一次性实现原料液的分离并得到纯度较高的组分，这样就大大减少了精馏塔的数目以及相应的换热器，并提高了热力学效率。因此，本发明的工艺方法较原有工艺节省能耗35％左右。

总之，本发明采用隔板塔共沸精馏从废水中回收乙腈的工艺，不仅对废水进行了处理，而且得到了纯度较高的乙腈。该工艺具有低能耗、低污染、高回收率、高产品纯度等特点，具有广阔的应用前景，特别适合需要处理低浓度乙腈废水的企业。

图1是本发明利用隔板塔共沸精馏从废水中回收乙腈的工艺的流程图。

图2是液体分配器示意图。

具体实施方式。

本发明参照附图详细说明如下，但仅作说明而不是限制本发明。

如图1所示，101为公共精馏段，102为预分馏段，103为主塔，104为公共提馏段，105为分项罐，106为塔内液体流量分配器。在精馏塔的内部设置一垂直隔板，将其分成上部公共精馏段101、下部公共提馏段104以及两侧精馏进料段预分馏塔102和侧线采出段主塔103。

如图2所示，106为塔内液体流量分配器，由摆动漏斗11、磁铁22和液体分配比控制器33组成。磁铁22内置于摆动漏斗11下方柱形管一侧，回流比控制器(市售)33是一种安装在隔板塔外侧用于分流的装置，该设备用芯片控制电磁阀的开启和关闭时间来控制隔板两侧液体流量的多少。在本发明中液体分配比比控制器33用于控制102预分馏塔与103主塔的液体量的分配。

本发明提供的一种利用隔板塔共沸精馏回收废水的工艺包括的步骤详细描述如下：

1)隔板塔总的理论板数为25，其中公共精馏段理论板数为9，预分馏段和主塔理论板数均为9，公共提馏段理论板数为7。操作压力为101.325kPa。原料低浓度乙腈废水(乙腈质量浓度≤50％)从隔板塔进料段预分馏塔第13块理论板处进料，原料温度温度控制在20℃-40℃。

2)将含低浓度的乙腈废水原料液从隔板塔的预分馏段102进入。在预分馏段102完成A、B与B、C的初步分离，A、B进入隔板塔上部公共精馏段101，B、C进入隔板塔下部公共提馏段104，并分别进行后续的精馏分离过程。轻组分A为二氯甲烷和水的共沸物(二氯甲烷和水共沸点38.1℃)，中间组分B为乙腈和水的共沸物(乙腈和水共沸点76℃)，重组分C为硅醚等高沸点物质。

3)A、B在公共精馏段进行分离，塔顶馏出组分A后进入分相罐，分相后上层为水，下层为二氯甲烷，其中水质量浓度99.2％以上，二氯甲烷质量浓度99.8％以上；隔板塔塔头冷凝回流，回流比控制在3-4。回流液经过公共精馏段后通过液体分配器(如图2所示)，依据一定比例分别进入预分馏塔和主塔，构成隔板塔内部回流，即提供预分馏段和主塔的回流液以构成和上升蒸汽的接触、传质，塔内液体分配比控制在3-4∶1(主塔∶预分馏塔)。最终精制得到组分B从隔板塔主塔侧线采出，采出流率控制在0.15L/h。乙腈质量浓度达99.0％以上，收率在87％以上。

4)B、C在公共提馏段进行分离，塔釜得到组分C，采出流率控制在0.03L/h，此情形下得到的组分B与通过A、B精馏得到的组分B一起进入隔板塔主塔侧线采出。

应用实例1：废水中乙腈的质量浓度为30％，进料量为0.24L/h，进料位置为隔板塔进料段预分馏塔第13块理论板处，回流比为3，分配比为4，隔板塔操作压力为101.325kPa。塔头馏分经分相罐105分相，上层得到水，下层得到二氯甲烷，经气相色谱分析，其中水的质量浓度99.2％，二氯甲烷质量浓度99.8％；隔板塔主塔侧线采出乙腈，质量浓度为99％。

新工艺总消耗新鲜蒸汽量为0.41吨/小时，而原工艺消耗新鲜蒸汽量为1.03吨/小时，每吨蒸汽按130元计算，新工艺每年节省新鲜蒸汽近5000吨，经济效益近65万元。

应用实例2：废水中乙腈的质量浓度为30％，进料量为0.30L/h，进料位置为第二进料口，回流比为2.8，分配比为4，隔板塔操作压力为101.325kPa。塔头馏分经分相罐分相，上层得到水，下层得到二氯甲烷，经气相色谱分析，其中水的质量浓度99.4％，二氯甲烷质量浓度99.6％；隔板塔主塔侧线采出乙腈，质量浓度为99.2％。

应用实例3：废水中乙腈的质量浓度为28％，进料量为0.28L/h，进料位置为第二进料口，回流比为3，分配比为3，隔板塔操作压力为101.325kPa。塔头馏分经分相罐分相，上层得到水，下层得到二氯甲烷，经气相色谱分析，其中水的质量浓度99.4％，二氯甲烷质量浓度99.7％；隔板塔主塔侧线采出乙腈，质量浓度为99.0％。

Claims

1.一种利用隔板塔共沸精馏从废水中回收乙腈的工艺，其特征在于它包括的步骤如下：

1)将含低浓度的乙腈废水原料液从隔板塔的预分馏段(102)进入，在预分馏段(102)完成A、B与B、C的初步分离；A、B进入隔板塔上部公共精馏段(101)，B、C进入隔板塔下部公共提馏段(104)，并分别进行后续的精馏分离过程；轻组分A为二氯甲烷和水的共沸物，二氯甲烷和水共沸点为38.1℃；中间组分B为乙腈和水的共沸物，乙腈和水共沸点为76℃；重组分℃为硅醚等高沸点物质；

2)A、B在公共精馏段(101)进行分离，塔顶馏出组分A后进入分相罐(105)，分相后上层为水，下层为二氯甲烷；隔板塔塔头冷凝回流，回流液经过公共精馏段(101)后通过液体分配器依据一定比例分别进入预分馏塔(102)和主塔(103)，构成隔板塔内部回流，即提供预分馏段(102)和主塔(103)的回流液以构成和上升蒸汽的接触、传质；最终精制得到组分D从隔板塔主塔侧线采出；

3)B、C在公共提馏段(104)进行分离，塔釜得到组分C，此情形下得到的组分E与通过A、B精馏得到的组分D一起进入隔板塔主塔(103)侧线采出；

所述的低浓度废水中乙腈质量浓度≤50％；进料量为0.2-0.3l/h。

2.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于所述的隔板塔总的理论板数为25，其中公共精馏段理论板数为9，预分馏段和主塔理论板数均为9，公共提馏段理论板数为7；操作压力为101.325kPa。

3.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于所述的隔板塔进料温度控制在20℃-30℃，从隔板塔进料段预分馏塔第13块理论板处进料。

4.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于液体分配器用于控制回流液进入隔板塔预分馏段和主塔的分配情况，保证预分馏段与主塔中下降液体与上升蒸汽的充分接触传质。

5.按照权利要求4所述的工艺，其特征在于精馏过程回流比控制在3-4，主塔与预分馏塔的分配比控制在3-4∶1。

6.按照权利要求4所述的工艺，其特征在于所述的液体分配器由摆动漏斗、磁铁和液体分配比控制器组成，磁铁内置于摆动漏斗下方柱形管一侧，回流比控制器安装在隔板塔外侧。