CN103145577B - 从制药废液中回收二甲基乙酰胺的方法、设备及热耦合方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种从制药废液中回收二甲基乙酰胺的方法、设备及热耦合方法。本发明采用精馏—结晶—过滤联合工艺，以获得高纯度的二甲基乙酰胺，轻组分有机溶剂和盐等。包括：脱轻塔，Ⅰ级脱水塔，刮板蒸发器，结晶釜，板框过滤机，Ⅱ级脱水塔，DMAC产品塔；其中脱轻塔常压操作，主要分离出轻相乙酸乙酯；I级脱水塔微正压操作用于蒸出大部分的水；II级脱水塔真空操作，继续脱除一部分水分；DMAC产品塔采用真空操作，用于脱除微量的水分和得到产品二甲基乙酰胺。I级脱水塔、II级脱水塔采用差压热耦合实现精馏过程的大幅度节能。蒸发器底部的物料进入结晶器再经过板框过滤机过滤后得无机盐产品。

Description

从制药废液中回收二甲基乙酰胺的方法、设备及热耦合方法

技术领域

本发明涉及一种从制药废液中回收二甲基乙酰胺的方法、设备及热耦合方法，属于制药行业分离领域。

背景技术

二甲基乙酰胺（DMAC），分子式CH3CON(CH3)2，分子量：87.12，CAS号：127-19-5。其沸点为166℃，密度为0.9366kg/m3。为无色透明液体，可燃，能与水、醇、醚、酯、苯、三氯甲烷和芳香化合物等有机溶剂任意混合。二甲基乙酰胺能溶解多种化合物，并能与水、醚、酮、酯等完全互溶，具有热稳定性高、不易水解、腐蚀性低、毒性小等特点，应用广泛。

在制药等行业中DMAC作为优良的有机溶剂被广泛应用，比如在生产抗生素头孢等产品中就使用其作为溶剂。但是在使用过程中，会产生大量的DMAC废水，一般含有DMAC为20-35%，水60-70%，其余有10%左右的轻组分有机溶剂（比如乙酸乙酯，二氯甲烷等）和溶解的无机盐等。这类废液需要进行回收处理，其中DMAC和轻组分有机溶剂回收后可以进一步返回到相应工段，从而减少溶剂的使用量，回收的废水可以进入污水处理系统进一步处理，满足环保要求。

由于制药行业的特殊性废水中既有比DMAC轻的组分又有盐重组分等重废物，所以造成了回收困难，同时因为DMAC沸点偏高，回收时需要把前面馏分均蒸馏完毕后才能回收，按照传统工艺进行回收，需要消耗大量的蒸汽和冷却水，从而大大增加了整个工艺的成本。

目前对于制药废液DMAC的回收，现有方法是采用间歇蒸馏方法进行回收，从中依次蒸馏出轻组分溶剂、水和DMAC，然后把底部的盐放出再处理。

由于DMAC比水的沸点高，采用这种方法进行回收，需要蒸发大量的水，而水的潜热较大，因此这种方法处理废水能耗较大，经济性较差；同时间歇蒸馏过程中盐经常堵塞换热器，设备寿命较短。

在当前国家全行业实施节能减排、低碳经济的大环境下，如何能够高效分离回收和过程能量优化利用是进行DMAC溶剂回收的关键所在。根据工艺技术要求和业主提供的数据，结合与客户进一步的交流，最终采用DMAC的多效精馏回收工艺设计方案。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的缺点，优化工艺路线，节省能耗，提供一种设计合理，生产过程和产品质量易于控制的从制药废液中回收二甲基乙酰胺的方法和设备。

本发明的具体技术方案如下：

针对制药过程中含二甲基乙酰胺的废液，采用精馏-结晶-过滤联合工艺，以获得高纯度的二甲基乙酰胺，轻组分有机溶剂和盐等，并提出一种制药废液中二甲基乙酰胺的回收方法和设备，同时设备中采用热耦合技术，该发明较现有技术可以大幅度降低能耗，减少操作费用。

从制药废液中回收二甲基乙酰胺的设备，包括有脱轻塔2，Ⅰ级脱水塔6，刮板蒸发器9，结晶釜10，板框过滤机11，Ⅱ级脱水塔13，DMAC产品塔16；其脱轻塔2塔顶连接脱轻塔冷凝器3，脱轻塔冷凝器连接分相器4，脱轻塔塔釜连接脱轻塔再沸器5，脱轻塔中间设置物料进口，物料进口前设置原料预热器1，脱轻塔塔釜连接Ⅰ级脱水塔6，Ⅰ级脱水塔塔釜设置Ⅰ级脱水塔再沸器7，Ⅰ级脱水塔塔釜出料口连接刮板蒸发器9，刮板蒸发器上部连接Ⅱ级脱水塔13，下部连接结晶釜10，结晶釜出料口间接板框过滤机11，Ⅱ级脱水塔上部连接Ⅱ级脱水塔塔顶冷凝器14，Ⅱ级脱水塔下部设置Ⅱ级脱水塔再沸器12，Ⅱ级脱水塔塔釜连接DMAC产品塔16，DMAC产品塔塔顶连接DMAC产品塔塔顶冷凝器17，DMAC产品塔下部连接DMAC产品塔塔釜再沸器19。

采用本发明的设备从制药废液中回收二甲基乙酰胺的方法，将含有DMAC的废液A经原料预热器1预热后进入脱轻塔2中部，塔顶物料冷凝后进入分相器，有机相乙酸乙酯B作为轻组分溶剂采出；塔底为含水和盐的DMAC废液物料进入I级脱水塔中部，I级脱水塔塔底物料从刮板蒸发器9的顶部进入刮板蒸发器，同时开启真空系统并控制压力在10KPa条件下，通过调节刮板转速和底部物料出口温度控制物料不在蒸发器中结晶，进行脱除盐和重组分，底部排出的重组分进入结晶釜10，经结晶后无机盐以晶体形式析出，带有无机盐颗粒的溶液进入板框过滤器。经过板框过滤器过滤得到无机盐颗粒E和DMAC溶液，溶液返回刮板蒸发器进一步蒸发精制；顶部的轻组分气相进入减压脱水精馏塔Ⅱ级脱水塔13中部；在减压精馏塔Ⅱ级脱水塔中，塔顶脱除剩余的水分，塔底为DMAC和微量的重组分物料；从减压脱水精馏塔Ⅱ级脱水塔底部出来的物料进入DMAC产品塔中部，塔顶得到DMAC产品，塔底为釜残液D。

采用本发明的设备从制药废液中回收二甲基乙酰胺的热耦合方法，从脱轻塔底过来的物料进入I级脱水塔中部，I级脱水塔塔顶脱除大部分的水，其中蒸馏出来的水蒸气的潜热一部分作为减压精馏塔Ⅱ级脱水塔的再沸器12加热热源，另一部分作为产品预热器1热源使用；I级脱水塔塔顶的蒸汽一部分进入原料预热器，经原料冷却后，回到I级脱水塔回流罐8，另一部分进入Ⅱ级脱水塔再沸器加热Ⅱ级脱水塔塔釜物料，冷凝后的液相回到I级脱水塔回流罐，经I级脱水塔回流泵一部分以废水C形式排出，一部分回流。

本发明利用精馏-结晶-过滤联合工艺生产DMAC产品，相比传统间歇精馏法生产DMAC的生产工艺，能够在得到DMCA产品的同时得到无机盐晶体和乙酸乙酯等轻组分，且DMAC产品纯度较高。而且，在工艺中采用热耦合的方法能够减少生产过程中的能耗。降低生产成本，解决了长久以来DMAC生产工艺中能耗高的问题。具有良好的经济效益和社会效益。

附图说明

附图为本发明的工艺流程图：

其中：1—产品预热器，2—脱轻塔，3—脱轻塔冷凝器，4—分相器，5—脱轻塔再沸器，6—I级脱水塔，7—I级脱水塔再沸器，8—I级脱水塔回流罐，9—刮板蒸发器，10—结晶釜，11—板框过滤器，12—Ⅱ级脱水塔再沸器，13—Ⅱ级脱水塔，14—Ⅱ级脱水塔冷凝器，15—Ⅱ级脱水塔回流罐，16—DMAC产品塔，17—DMAC产品塔冷凝器，18—DMAC产品塔回流罐，19—DMAC产品塔再沸器，A—原料，B—乙酸乙酯，C—废水，D—釜残液，E—无机盐颗粒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的设备和方法作进一步说明，具体流程如图所示。

本发明的制药废液中回收二甲基乙酰胺的设备，包括有脱轻塔2，Ⅰ级脱水塔6，刮板蒸发器9，结晶釜10，板框过滤机11，Ⅱ级脱水塔13，DMAC产品塔16；脱轻塔2塔顶连接脱轻塔冷凝器3，脱轻塔冷凝器连接分相器4，脱轻塔塔釜连接脱轻塔再沸器5，脱轻塔中间设置物料进口，物料进口前设置原料预热器1，脱轻塔塔釜连接Ⅰ级脱水塔6，Ⅰ级脱水塔塔釜设置Ⅰ级脱水塔再沸器7，Ⅰ级脱水塔塔釜出料口连接刮板蒸发器9，刮板蒸发器上部连接Ⅱ级脱水塔13，下部连接结晶釜10，结晶釜出料口间接板框过滤机11，Ⅱ级脱水塔上部连接Ⅱ级脱水塔塔顶冷凝器14，Ⅱ级脱水塔下部设置Ⅱ级脱水塔再沸器12，Ⅱ级脱水塔塔釜连接DMAC产品塔16，DMAC产品塔塔顶连接DMAC产品塔塔顶冷凝器17，DMAC产品塔下部连接DMAC产品塔塔釜再沸器19。

本发明的操作方法如下：

将含有DMAC的废液A经原料预热器1预热后进入脱轻塔2中部，脱轻塔塔顶蒸汽在脱轻塔冷凝器3中冷凝，冷凝液进入分相器4，在分相器中乙酸乙酯B和水分相，有机相乙酸乙酯B作为轻组分溶剂采出，此处用分相器代替回流罐，不仅能起到回流罐的作用，还能使得有机相乙酸乙酯与水相分层，在分相罐中实现有机轻组分的脱除，得到产品乙酸乙酯。水相回流。塔釜物料由脱轻塔再沸器5加热产生蒸汽，上升至脱轻塔2塔顶。脱轻塔2塔底含水和盐的DMAC废液物料进入I级脱水塔6中部，I级脱水塔采用微正压操作，操作压力为0.1MPa（表压）这样可以提高I级脱水塔塔顶采出物料（主要成分为水）的压力和温度，这样可以为原料预热器和Ⅱ级脱水塔再沸器提供足够的热量。I级脱水塔塔顶蒸汽分别进入产品预热器1和Ⅱ级脱水塔再沸器进行热耦合，冷却后的物料进入I级脱水塔回流罐，回流罐中物料主要是废水，一部分废水回流，另一部分排出系统。I级脱水塔塔底物料从刮板蒸发器9的顶部进入刮板蒸发器，同时开启真空系统并控制压力在10KPa条件下，通过调节刮板转速(一般控制为70~80r/min，这样可以合理的控制蒸发量和蒸发效果)和底部物料出口温度(一般控制为95℃，这个温度既能保证物料不在蒸发器中结晶，又能保证物料进入结晶釜中能快速结晶)进行脱除盐和重组分的操作，底部排出的重组分进入结晶釜10，经结晶后无机盐以晶体形式析出，带有无机盐颗粒的溶液进入板框过滤器11。经过板框过滤器11过滤得到无机盐颗粒E和DMAC溶液，溶液返回刮板蒸发器9进一步蒸发精制；刮板蒸发器9顶部的轻组分气相进入减压脱水精馏塔Ⅱ级脱水塔13中部，在Ⅱ级脱水塔13中物料进一步脱水，Ⅱ级脱水塔13采用减压操作，操作压力为-0.05MPa（表压）这样可以降低塔釜物料的沸点，减少塔釜热量负荷，可以有效利用I级脱水塔塔顶物料的热量，在减压精馏塔Ⅱ级脱水塔13中，塔顶脱除剩余的水分，塔顶蒸汽经Ⅱ级脱水塔冷凝器14冷凝后液相进入Ⅱ级脱水塔回流罐15，一部分回流，另一部分以废水C排出系统，塔底为DMAC和微量的重组分物料；从减压脱水精馏塔Ⅱ级脱水塔底部出来的物料进入DMAC产品塔16中部，经过DMCA产品塔16精馏分离，塔顶得到产品DMAC的蒸汽，经DMAC产品塔冷凝器17冷凝后，液相进入DMAC产品塔回流罐18，一部分回流，另一部分作为DMAC产品采出，塔釜为釜残液D，进入残夜系统。

本发明的设备进行热耦合方法如下：

本发明是利用差压热耦合：差压热耦合精馏是指用加压精馏塔塔顶蒸汽的潜热来加热减压精馏塔塔底的再沸器，进行两塔塔顶和塔底的热耦合，实现精馏过程的大幅度节能。说明如下：

从脱轻塔底过来的物料进入I级脱水塔中部，I级脱水塔塔顶脱除大部分的水，其中蒸馏出来的水蒸气的潜热一部分作为减压精馏塔Ⅱ级脱水塔的再沸器12加热热源，另一部分作为产品预热器1热源使用。I级脱水塔塔顶的蒸汽一部分进入原料预热器，经原料冷却后，回到I级脱水塔回流罐8，另一部分进入Ⅱ级脱水塔再沸器加热Ⅱ级脱水塔塔釜物料，冷凝后的液相回到I级脱水塔回流罐，经I级脱水塔回流泵一部分以废水C形式排出，一部分回流。

本发明利用精馏—结晶—过滤联合生产工艺生产DMAC产品，和传统间歇精馏法生产DMAC的工艺相比有明显的优势。

首先，采用本发明的联合工艺，可以在得到DMAC产品的同时得到乙酸乙酯产品和无机盐产品，增加了经济效益，而且得到的DMAC产品纯度可以达到99%以上。其次，本发明巧妙的采用差压热耦合精馏的方式实现节能减排，压差热耦合是指用加压精馏塔I级脱水塔塔顶蒸汽的潜热来加热减压精馏塔Ⅱ级脱水塔塔底的再沸器，进行两塔塔顶和塔底的热耦合，实现精馏过程的大幅度节能。利用I级脱水塔塔顶蒸汽的汽化潜热为Ⅱ级脱水塔塔釜再沸器和原料预热器提供热源。利用这种耦合换热的方式能够节能10%~15%，降低了生产成本，减少了三废排放，对于能源日益紧张的今天，具有良好的社会效益和经济效益。

本发明提出的从制药废液中回收二甲基乙酰胺的方法、设备及热耦合方法，已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容，精神和范围内对本文所述的设备和操作方法进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相关类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们被视为包括在本发明精神，范围和内容中。

Claims (3)

1.从制药废液中回收二甲基乙酰胺的设备，包括有脱轻塔（2），Ⅰ级脱水塔（6），刮板蒸发器（9），结晶釜（10），板框过滤机（11），Ⅱ级脱水塔（13），DMAC产品塔（16）；其特征是脱轻塔（2）塔顶连接脱轻塔冷凝器（3），脱轻塔冷凝器连接分相器（4），脱轻塔塔釜连接脱轻塔再沸器（5），脱轻塔中间设置物料进口，物料进口前设置原料预热器（1），脱轻塔塔釜连接Ⅰ级脱水塔（6），Ⅰ级脱水塔塔釜设置Ⅰ级脱水塔再沸器（7），Ⅰ级脱水塔塔釜出料口连接刮板蒸发器（9），刮板蒸发器上部连接Ⅱ级脱水塔（13），下部连接结晶釜（10），结晶釜出料口间接板框过滤机（11），Ⅱ级脱水塔上部连接Ⅱ级脱水塔塔顶冷凝器（14），Ⅱ级脱水塔下部设置Ⅱ级脱水塔再沸器（12），Ⅱ级脱水塔塔釜连接DMAC产品塔（16），DMAC产品塔塔顶连接DMAC产品塔塔顶冷凝器（17），DMAC产品塔下部连接DMAC产品塔塔釜再沸器（19）。

2.采用权利要求1所述的设备从制药废液中回收二甲基乙酰胺的方法，其特征是将含有DMAC的废液A经原料预热器（1）预热后进入脱轻塔（2）中部，塔顶物料冷凝后进入分相器，有机相乙酸乙酯B作为轻组分溶剂采出；塔底为含水和盐的DMAC废液物料进入I级脱水塔中部，I级脱水塔塔底物料从刮板蒸发器（9）的顶部进入刮板蒸发器，同时开启真空系统并控制压力在10KPa条件下，通过调节刮板转速和底部物料出口温度控制物料不在蒸发器中结晶，进行脱除盐和重组分，底部排出的重组分进入结晶釜（10），经结晶后无机盐以晶体形式析出，带有无机盐颗粒的溶液进入板框过滤器。经过板框过滤器过滤得到无机盐颗粒E和DMAC溶液，溶液返回刮板蒸发器进一步蒸发精制；顶部的轻组分气相进入减压脱水精馏塔Ⅱ级脱水塔（13）中部；在减压精馏塔Ⅱ级脱水塔中，塔顶脱除剩余的水分，塔底为DMAC和微量的重组分物料；从减压脱水精馏塔Ⅱ级脱水塔底部出来的物料进入DMAC产品塔中部，塔顶得到DMAC产品，塔底为釜残液D。

3.采用权利要求1所述的设备从制药废液中回收二甲基乙酰胺的热耦合方法，其特征是从脱轻塔底过来的物料进入I级脱水塔中部，I级脱水塔塔顶脱除大部分的水，其中蒸馏出来的水蒸气的潜热一部分作为减压精馏塔Ⅱ级脱水塔的再沸器（12）加热热源，另一部分作为产品预热器（1）热源使用；I级脱水塔塔顶的蒸汽一部分进入原料预热器，经原料冷却后，回到I级脱水塔回流罐（8），另一部分进入Ⅱ级脱水塔再沸器加热Ⅱ级脱水塔塔釜物料，冷凝后的液相回到I级脱水塔回流罐，经I级脱水塔回流泵一部分以废水C形式排出，一部分回流。