CN102068831A

CN102068831A - 乙腈-甲醇共沸混合物的间歇萃取精馏装置和分离方法

Info

Publication number: CN102068831A
Application number: CN 201010589360
Authority: CN
Inventors: 白鹏; 于洋; 张锦威; 肖颖
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2030-12-15
Also published as: CN102068831B

Abstract

本发明公开了一种乙腈-甲醇共沸混合物的间歇萃取精馏装置和分离方法。装置包括电加热套，塔釜，测温热电偶，萃取精馏塔，冷凝器，高位槽，产品收集罐，转子流量计，U型压差计。该方法是经过在萃取精馏塔中进行萃取精馏，未加萃取剂下的全回流操作，加萃取剂下的全回流操作，恒定回流比下的产品采出操作和溶剂回收操作。本发明分离出来的乙腈、甲醇的产品纯度高，而且工艺流程短、设备投资少、操作方法简便、易于控制，适用于以任意比例混合的乙腈-甲醇混合物。用萃取精馏来替代变压精馏，一方面降低设备成本，同时另一方面有效的降低能耗。

Description

乙腈-甲醇共沸混合物的间歇萃取精馏装置和分离方法

技术领域

本发明涉及一种乙腈-甲醇共沸混合物的间歇萃取精馏装置和分离方法。

背景技术

乙腈，甲醇是两种重要的有机溶剂，在化工、制药等领域广泛使用。但两者在常压下形成共沸物，共沸组成为含甲醇79％-80％(wt)，共沸温度为63.4-63.7℃，因此应用普通精馏方法难以对其进行有效的分离。

目前，乙腈-甲醇共沸混合物分离方法主要是变压精馏的方法。中国专利CN101134736A提出用变压精馏分离乙腈-甲醇共沸混合物。但是变压精馏设备成本高，而且减压塔塔釜温度过低，因此能耗巨大。

萃取精馏是处理含有共沸组成等难分离物系的有效方法。它是在精馏过程中加入一种溶剂，溶剂分子与物系中各组分分子的作用不同，改变了组分间的相对挥发度，使其向着有利于精馏分离的方向增大，从而使具有恒沸点的组分得到有效分离。萃取精馏兼有精馏和萃取之优点，能分离单纯精馏和萃取无法分离的物系。加入的溶剂无论与被分离物系组分是否形成均相，只要能改变组分间的相对挥发度，不与被分离物系组分形成新的恒沸物，就可以达到良好的分离效果。

萃取精馏是靠加入溶剂来改变难分离物系组分间的相对挥发度，因而溶剂的选择对萃取精馏至关重要。对于萃取精馏，选择一种适用的溶剂应遵循以下原则：

1)萃取精馏的溶剂具有尽可能大的选择性，即加入后能有效地使原组分的相对挥发度向分离要求方向转变；

2)萃取精馏溶剂具有较好的溶解性，能与原物系充分混合，以保证足够小的溶剂比和精馏塔板效率；

3)萃取精馏溶剂不能与被分离组分发生化学反应；

4)萃取精馏溶剂应具有较强的热稳定性和化学稳定性：

5)萃取精馏溶剂应具有较低的比热和蒸发潜热，降低精馏中的能耗；

6)萃取糟馏溶剂应具有较小的摩尔体积，减小塔釜体积和塔体持液量；

7)萃取精馏溶剂粘度不宜太大，便于物料的输送，达到良好的传质、传热效率；

8)萃取精馏溶剂应尽可能无毒、无腐蚀性，利于环保，且价格经济容易得到。

具体来说萃取剂的选择方法一般根据极性选择萃取剂。

考虑被分离组分的极性，选择在极性上更类似于关键组分的化合物作溶剂，能有效地增加组分的相对挥发度。根据相似相溶原理，也就是说极性物质溶于极性物质，非极性物质溶于非极性物质的规律，选择在极性上更类似于关键组分的化合物作萃取剂。化合物的极性决定于分子中所含的官能团及分子结构。各类化合物的极性按下列次序增加：-CH₃＜-CH₂-＜-CH＝＜-C≡＜-O-R＜-NO₂＜-N(R)₂＜-OCOR＜-CHO＜-COR＜-NH₂＜-OH＜-COOH＜-SO₃H。

常用溶剂的极性顺序：水＞甲酰胺＞乙腈＞甲醇＞乙醇＞丙醇＞丙酮＞四氢呋喃＞甲乙酮＞正丁醇＞乙酸乙酯＞乙醚＞异丙醚＞二氯甲烷＞氯仿＞溴乙烷＞苯＞四氯化碳＞二硫化碳＞环己烷＞正己烷＞煤油

在乙腈-甲醇共沸混合物中，甲醇的极性强，乙腈相对极性较弱，因此所选的萃取剂应该是极性接近乙腈的溶剂。

发明内容

本发明目的在于提供乙腈-甲醇共沸混合物的间歇萃取精馏装置和分离方法，以该方法分离出来的乙腈、甲醇的产品纯度高，而且工艺流程短、设备投资少、操作方法简便、易于控制，适用于以任意比例混合的乙腈-甲醇混合物。用萃取精馏来替代变压精馏，一方面降低设备成本，同时另一方面有效的降低能耗。

本发明提供的乙腈-甲醇共沸混合物的间歇萃取精馏装置包括：电加热套，塔釜，测温热电偶，萃取精馏塔，冷凝器，高位槽，产品收集罐，转子流量计，U型压差计。

该装置萃取精馏塔外包保温棉保温；塔釜分别连接萃取精馏塔、U型压差计和测温热电偶；热源为电加热套，外包在塔釜外面，可以通过调节电压来调整加热功率；萃取精馏塔上部连接冷凝器，冷凝器侧面附塔顶取样口，冷却介质为自来水，通入冷凝器；塔身侧面萃取剂加料口通过转子流量计连接高位槽萃取剂从高位槽流入塔内，由转子流量计和阀门控制流速，有萃取剂流过的塔段为萃取精馏段，上面无萃取剂流过的为精馏段；冷凝器下端通过阀门连接产品收集罐；采出的物料通过阀门进入不同接收瓶。

所述的萃取精馏塔的参数为：塔柱直径30mm，上半部塔的有效填料塔高度为200cm，内装3mm×3mm的高效不锈钢θ环填料；塔釜为1500ml。

所述的萃取精馏塔的理论板数至少为40。

本发明提供的乙腈-甲醇共沸混合物的间歇萃取精馏分离方法是通过以下步骤：

1)在萃取精馏塔中进行萃取精馏，理论塔板数至少为40，将甲醇含量为75％乙腈-甲醇混合液加入塔釜，量取一定体积的萃取剂N，N-二甲基甲酰胺并加入到高位槽中；

2)未加萃取剂下的全回流操作：塔顶冷凝器通入冷却水，塔釜进行加热，待塔釜内液体开始沸腾时，再缓慢的提高加热入功率。维持正常的操作状态。全回流操作，直到全塔处于稳定状态，保持塔顶塔底压降在300Pa，继续全回流1h。

3)加萃取剂下的全回流操作：待步骤(2)全回流稳定后，向塔内以溶剂比1∶1，2∶1，3∶1加入萃取剂N，N-二甲基甲酰胺，全回流操作1h。以降低塔顶馏分中重组分(乙腈)的含量。

4)恒定回流比下的产品采出操作：当塔顶温度稳定后，调节回流比控制器，以回流比2-4采出馏分，塔顶甲醇浓度为99％以上。

5)溶剂回收操作：当塔顶馏分浓度低于95％时，停止加入溶剂，进行间歇精馏操作，从塔顶采出过渡馏分和重组分，重组分的浓度为99％以上。最终塔釜富集溶剂N，N-二甲基甲酰胺，以回收利用。

本发明适用于以任意比例混合的乙腈-甲醇混合物，特别是共沸组成下的混合物。

本发明的优点在于：甲醇产品与乙腈产品的质量分数均可达到99％以上，工艺流程短、设备投资少、操作方法简便、易于控制，适用于以任意比例混合的乙腈-甲醇混合物。用萃取精馏来替代变压精馏，一方面降低设备成本，同时另一方面有效的降低能耗。

附图说明

图1为本发明实验装置示意图。

具体实施方式

本发明结合附图详细描述如下：

如图所示，图中：1-电加热套；2-塔釜；3、6-测温热电偶；4-外包保温棉的萃取精馏段；5-外包保温棉的精馏段；7-塔顶取样口；8-冷凝器；9-高位槽；10-产品收集罐；11-转子流量计；12-萃取剂加料口；13-U型压差计。

该装置萃取精馏塔外包保温棉保温；塔釜2分别连接外包保温棉的萃取精馏段4、U型压差计13和测温热电偶3；热源为电加热套1，外包在塔釜2外面，可以通过调节电压来调整加热功率；外包保温棉的萃取精馏段4上部连接外包保温棉的精馏段5，其上部连接冷凝器8，冷凝器8侧面附塔顶取样口7，冷却介质为自来水，通入冷凝器8；塔身侧面萃取剂加料口12通过转子流量计11连接高位槽9萃取剂从高位槽流入塔内，由转子流量计11和阀门控制流速，有萃取剂流过的塔段为萃取精馏段，上面无萃取剂流过的为精馏段；冷凝器下端通过阀门连接产品收集罐10；采出的物料通过阀门进入不同接收瓶。

实施例1

如图1所示的装置图。按图1安装萃取精馏塔，有效填料塔高度为200cm，将甲醇含量为75％乙腈-甲醇混合液1000ml加入塔釜，量取1000ml萃取剂N，N-二甲基甲酰胺加入到高位槽中；进行未加萃取剂下的全回流操作：塔顶冷凝器通入冷却水，塔釜进行加热，待塔釜内液体开始沸腾时，再缓慢的提高加热入功率。维持正常的操作状态。全回流操作，直到全塔处于稳定状态，保持塔顶塔底压降在300Pa，继续全回流1h。加萃取剂下的全回流操作：待全回流稳定后，向塔内以溶剂比1∶1加入萃取剂N，N-二甲基甲酰胺，全回流操作1h。以降低塔顶馏分中重组分(乙腈)的含量。恒定回流比下的产品采出操作：当塔顶温度稳定后，调节回流比控制器，以回流比2采出馏分，塔顶甲醇浓度为99％以上。溶剂回收操作：当塔顶馏分浓度低于95％时，停止加入溶剂，进行间歇精馏操作，从塔顶采出过渡馏分和重组分，重组分的浓度为99％以上。最终塔釜富集溶剂N，N-二甲基甲酰胺，以回收利用。

实施例2

如图1所示的装置图。按图1安装萃取精馏塔，有效填料塔高度为200cm，将甲醇含量为75％乙腈-甲醇混合液1000ml加入塔釜，量取1000ml萃取剂N，N-二甲基甲酰胺加入到高位槽中；进行未加萃取剂下的全回流操作：塔顶冷凝器通入冷却水，塔釜进行加热，待塔釜内液体开始沸腾时，再缓慢的提高加热入功率。维持正常的操作状态。全回流操作，直到全塔处于稳定状态，保持塔顶塔底压降在300Pa，继续全回流1h。加萃取剂下的全回流操作：待全回流稳定后，向塔内以溶剂比2∶1加入萃取剂N，N-二甲基甲酰胺，全回流操作1h。以降低塔顶馏分中重组分(乙腈)的含量。恒定回流比下的产品采出操作：当塔顶温度稳定后，调节回流比控制器，以回流比3采出馏分，塔顶甲醇浓度为99.5％以上。溶剂回收操作：当塔顶馏分浓度低于95％时，停止加入溶剂，进行间歇精馏操作，从塔顶采出过渡馏分和重组分，重组分的浓度为99.5％以上。最终塔釜富集溶剂N，N-二甲基甲酰胺，以回收利用。

实施例3

如图1所示的装置图。按图1安装萃取精馏塔，有效填料塔高度为200cm，将甲醇含量为75％乙腈-甲醇混合液1000ml加入塔釜，量取1000ml萃取剂N，N-二甲基甲酰胺加入到高位槽中；进行未加萃取剂下的全回流操作：塔顶冷凝器通入冷却水，塔釜进行加热，待塔釜内液体开始沸腾时，再缓慢的提高加热入功率。维持正常的操作状态。全回流操作，直到全塔处于稳定状态，保持塔顶塔底压降在300Pa，继续全回流1h。加萃取剂下的全回流操作：待全回流稳定后，向塔内以溶剂比3∶1加入萃取剂N，N-二甲基甲酰胺，全回流操作1h。以降低塔顶馏分中重组分(乙腈)的含量。恒定回流比下的产品采出操作：当塔顶温度稳定后，调节回流比控制器，以回流比4采出馏分，塔顶甲醇浓度为99.5％以上。溶剂回收操作：当塔顶馏分浓度低于95％时，停止加入溶剂，进行间歇精馏操作，从塔顶采出过渡馏分和重组分，重组分的浓度为99.5％以上。最终塔釜富集溶剂N，N-二甲基甲酰胺，以回收利用。

Claims

1.一种乙腈-甲醇共沸混合物的间歇萃取精馏装置，其特征在于包括：电加热套，塔釜，测温热电偶，萃取精馏塔，冷凝器，高位槽，产品收集罐，转子流量计，U型压差计；

萃取精馏塔外包保温棉保温；塔釜分别连接萃取精馏塔、U型压差计和测温热电偶；热源为电加热套，外包在塔釜外面；萃取精馏塔上部连接冷凝器，冷凝器侧面附塔顶取样口，冷却介质为自来水，通入冷凝器；塔身侧面萃取剂加料口通过转子流量计连接高位槽萃取剂从高位槽流入塔内，由转子流量计和阀门控制流速，有萃取剂流过的塔段为萃取精馏段，上面无萃取剂流过的为精馏段；冷凝器下端通过阀门连接产品收集罐。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的萃取精馏塔的参数为：塔柱直径30mm，上半部塔的有效填料塔高度为200cm，内装3mm×3mm的高效不锈钢θ环填料；塔釜为1500ml。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的萃取精馏塔的理论板数至少为40。

4.一种权利要求1所述的乙腈-甲醇共沸混合物的间歇萃取精馏装置的分离方法，其特征在于是通过以下步骤：

1)在萃取精馏塔中进行萃取精馏，将甲醇含量为75％乙腈-甲醇混合液加入塔釜，萃取剂N，N-二甲基甲酰胺并加入到高位槽中；

2)未加萃取剂下的全回流操作：塔顶冷凝器通入冷却水，塔釜进行加热，待塔釜内液体开始沸腾时，再缓慢的提高加热入功率。维持正常的操作状态，全回流操作，直到全塔处于稳定状态，保持塔顶塔底压降在300Pa，继续全回流1h；

3)加萃取剂下的全回流操作：待步骤2)全回流稳定后，向塔内以溶剂比1∶1，2∶1，3∶1加入萃取剂N，N-二甲基甲酰胺，全回流操作1h；

4)恒定回流比下的产品采出操作：当塔顶温度稳定后，调节回流比控制器，以回流比2-4采出馏分，塔顶甲醇浓度为99％以上；

5)溶剂回收操作：当塔顶馏分浓度低于95％时，停止加入溶剂，进行间歇精馏操作，从塔顶采出过渡馏分和重组分，重组分的浓度为99％以上，最终塔釜富集溶剂N，N-二甲基甲酰胺，以回收利用。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述的萃取精馏塔的塔顶操作压力为100kPa。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述的萃取精馏塔的塔顶塔底压降稳定在300Pa。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述的全回流时间1小时。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述的塔顶冷凝液温度在63℃。