CN105037155A - 一种混合萃取剂分离叔丁醇-丙酸甲酯共沸物的间歇精馏工艺 - Google Patents
一种混合萃取剂分离叔丁醇-丙酸甲酯共沸物的间歇精馏工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种混合萃取剂分离叔丁醇-丙酸甲酯共沸物的间歇精馏工艺,其特征在于选用乙二醇与离子液体的混合物作为萃取剂,从萃取精馏塔的上端加入,叔丁醇-丙酸甲酯共沸物加入釜内,通过调节回流比,控制产品的质量,依次从塔顶得到丙酸甲酯产品、丙酸甲酯-叔丁醇过渡段、叔丁醇产品、叔丁醇-乙二醇过渡段。其中丙酸甲酯、叔丁醇产品含量均在99.5%以上,且两个过渡馏分、塔底萃取剂可回收,待下批次物料一起处理。本发明采用间歇减压精馏,具有设备简单、投资少、操作灵活、能耗低、产品质量高等优点,适合中小规模化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种混合萃取剂分离叔丁醇-丙酸甲酯共沸物的间歇精馏工艺,属于叔丁醇-丙酸甲酯共沸物萃取精馏技术。该工艺的特点在于萃取剂为加入了离子液体的混合物,且操作方式为减压间歇操作,具有操作简单、萃取剂可回收、能耗低等优点。
背景技术
叔丁醇(tert-butanol):又名2-甲基-3丙醇、三甲基甲醇,分子式为C4H10O,常用作正丁醇的代替品,主要作为涂料和溶剂使用。同时叔丁醇也可作为内燃机燃料的添加剂和抗爆剂,以及有机合成的原料(主要用于叔丁基化合物的烷基化原料),用途广泛。丙酸甲酯(methylpropionate):分子式为C4H8O,常用作有机合成的原料,也常常作为溶剂使用,能够溶解蓖麻油、亚麻仁油、松香、甘油三松香酸酯等,同时还可以作为香料和调味品溶剂。在石油化工行业和食品行业有着极为广泛的应用。但是由于两者存在共沸,常规的方法无法得到高纯的两种产品,从而极大的限制了两者的应用,因此开发两者分离的技术十分必要。本发明旨在为两者分离提供一种经济、简便、分离效率高的工艺方法。
精馏是石油化工行业最常用、最基本的分离方法,从上世纪初精馏开始工业化运用开始,已经有100多年的时间,精馏技术也不断得以发展,周边各种技术也不断的与精馏进行结合,创新出新的精馏工艺。当经历过上世纪80年代能源危机,尤其在2008年之后,随着石油价格不断攀升,人们开始意识到提高能源利用率、降低能耗才是未来工业的出路,精馏技术亦是如此。本发明采用是减压萃取精馏,在能耗、投资成本、环境压力方面有较大优势。
离子液体作为一种环境友好型溶剂,最近几年有替代传统溶剂的趋势,也成为各个领域的研究热点,展示了广阔的应用潜力和市场前景。近几年关于离子液体的论文和专利成级数递增,而美国、欧洲、日本更是将离子液体列入国家战略发展规划,许多跨国集团公司如:德国BASF、德国Merck、美国Shell、比利时Bakert、日本三菱等致力于离子液体应用技术研发,其中德国BASF制备烷氧基苯基膦的BASIL(biphasicacidscavengingutilisingionicliquids)脱酸技术极大地提高了效率,引起国际社会广泛关注。
离子液体之所以能够成为研究热点,与其自身优良的特性分不开:与传统的有机溶剂和电解质相比,离子液体具有一系列突出优点:①几乎没有蒸气压、不挥发、无色、无味;②有较大的稳定温度范围,较好的化学稳定性及较宽的电化学稳定电位窗口;③通过阴阳离子的设计可调节其对无机物、水、有机物及聚合物的溶解性,并且其酸度可调至超酸。
虽然离子液体具有众多的优点,但是由于目前市场价格昂贵,且萃取剂的用量较大,导致生产成本非常高,因此使用率较低。研究人员发现,离子液体可以与配位剂组成新的离子液体,能够有效降低工业化应用的成本,且同时兼具两者的优点,常用的配位剂有乙二醇、甘油等,本发明选用的配位剂为乙二醇,与离子液体组成混合溶剂。
基于离子液体的优点,精馏工艺中可使用传统有机溶剂与离子液体的混合液作为萃取剂,能够有效的降低传统溶剂的损失(离子液体不挥发、损失率极低,且循环使用),降低生产成本,同时可以提高产品质量。
申请号为201410619746.0一种甲醇-甲酸丙酯共沸物萃取精馏分离的新工艺、申请号为201510013539.5一种混合溶剂连续萃取精馏分离乙醇-甲苯共沸物的方法,均采用N-甲基吡咯烷酮与离子液体组成的混合溶剂作萃取剂,而申请号为201410619744.1一种连续萃取精馏分离异丁醇和异丁酸乙酯共沸物的方法,混合萃取剂采用的离子液体为咪唑乙酸盐类。与以上发明专利相比,本发明专利在共沸体系、混合萃取剂的组合上具有明显的创新性。
现有的共沸体系分离手段基本分为两类:共沸精馏和萃取精馏。萃取精馏在产品纯度、能耗方面较共沸精馏具有优势。萃取精馏关键在于萃取剂的选择。对于醇-酯共沸体系,较为常用的萃取剂为乙二醇,目前乙二醇价格在4000~7000元/吨,而新型的离子液体萃取剂价格则十分高昂。例如甲基咪唑类磷酸盐离子液体,目前作为其原料的甲基咪唑市场价格在30000~45000元/吨,而四氟磷酸钠价格在20000~30000元/吨,六氟磷酸钠价格更高达180000元/吨。较传统溶剂,虽然离子液体作为萃取剂有众多优点,但是高昂的投资成本让其工业化应用十分困难。CN103193590A一种连续萃取分离混合醇-水的方法、CN102627556A一种萃取精馏分离甲酸乙酯-乙醇-水的工艺均采用乙二醇作萃取剂;CN103193590A离子液体萃取精馏分离醋酸-水的方法采用离子液体作为萃取剂,而且以上发明均采用常压精馏工艺,能耗成本较大。总而言之,如何降低萃取剂损耗和生产成本、提高产品纯度是目前精馏工艺亟需解决的问题。
发明内容
为了解决目前萃取精馏工艺存在的问题,本发明萃取剂采用配位剂(乙二醇)与离子液体形成混合萃取剂,能够有效提高产品纯度和萃取效率,降低生产成本及能耗。本发明采用的离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯盐([emim][dep])、1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯盐([bmim][dbp]),同属于烷基咪唑磷酸盐类的离子液体。目前尚未发现关于叔丁醇-丙酸甲酯共沸体系分离的专利、文献报道或发表,更未见离子液体在该共沸体系应用的工艺出现,因此本发明弥补目前技术上的空缺。本发明最大的优点在于萃取剂选择上的创新,优化了分离工艺,降低了分离能耗,以及得到高质量的叔丁醇、丙酸甲醇产品,具有极高的推广价值。
本发明的目的在于提供一种混合萃取剂分离叔丁醇-丙酸甲酯共沸物的间歇精馏工艺。该工艺特点是在于萃取剂选用离子液体与常规溶剂组成的混合物,操作方式为减压间歇操作。
一种混合萃取剂分离叔丁醇-丙酸甲酯共沸物的间歇精馏工艺,该工艺主要设备由塔釜、精馏塔、冷凝器、回流装置、产品罐、过渡馏分罐、进料泵、真空装置等构成。
一种混合萃取剂分离叔丁醇-丙酸甲酯共沸物的间歇精馏工艺,本发明是通过以下过程得以实现的。
叔丁醇-丙酸甲酯混合物进料泵1经原料管加入塔釜内,乙二醇-离子液体组成混合萃取剂经进料泵从塔上部不断加入,萃取剂用量与原料比为4~6:1,该塔操作压力为0.3atm。混合萃取剂进塔后,对萃取精馏塔进行全回流操作。当塔顶温度达到45~46℃,以回流比3~5:1采出含量≥99.5%的丙酸甲酯至产品罐1;当萃取精馏塔塔顶采出的丙酸甲酯产品含量<98%以下,且塔顶温度高于50℃时,停止加入萃取剂,并以回流比3~5:1采出丙酸甲酯-叔丁醇过渡馏分至过渡罐1;当塔顶温度达到54~55℃时,以回流比1~2:1采出叔丁醇至产品罐2,当塔顶温度高于65℃时,以回流比1:1采出叔丁醇-乙二醇过渡馏分至过渡罐2;当塔顶温度高于140℃,停车。待系统冷却后,塔釜放出纯度高于99.5%的萃取剂,下批料待用。
萃取精馏塔技术参数如下:该塔理论塔板数为50~70,萃取剂进料位置为第3~5块板;回流比为2~7,操作压力为0.3atm;萃取剂为乙二醇(80~90wt%)与离子液体(10~20wt%),萃取剂进料量与原料进料比为4~6:1,进料温度为30~40℃,压力为0.11MPa;原料为叔丁醇(40wt%)与丙酸甲酯(60wt%)的近共沸组成,进料温度为30~40℃,压力为0.11MPa。
附图说明
图1为本发明装置及流程示意图。
具体实施方式
实施例一
一种混合萃取剂分离叔丁醇-丙酸甲酯共沸物的间歇精馏工艺。萃取剂选用乙二醇和1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯盐([emim][dep])混合液;原料处理量为1000kg,原料组成为叔丁醇(40wt%)与丙酸甲酯(60wt%)的近共沸组成,萃取剂用量与原料进料比为4~4.8:1,萃取精馏塔塔板数为60,萃取剂进料位置在第5块塔板。回流比设定为4,当塔顶温度达到44~45℃,以回流比5:1采出含量≥99.5%的丙酸甲酯至产品罐1;当萃取精馏塔塔顶采出的丙酸甲酯产品含量<98%以下且塔顶温度高于50℃时,停止加入萃取剂,并以回流比5:1采出丙酸甲酯-叔丁醇过渡馏分至过渡罐1;当塔顶温度达到54~55℃时,以回流比2:1采出叔丁醇至产品罐2,当塔顶温度高于65℃时,以回流比1:1采出叔丁醇-乙二醇过渡馏分至过渡罐2;当塔顶温度高于140℃,停车。待系统冷却后,塔釜放出纯度高于99.5%的萃取剂,下批料待用。
实施例二
萃取剂选用乙二醇和1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯盐([bmim][dbp]),其他条件如实施例一。得到的丙酸甲酯跟叔丁醇产品纯度均在99.5%以上。
Claims (1)
1.一种混合萃取剂分离叔丁醇-丙酸甲酯共沸物的间歇精馏工艺,其特征在于以下操作方法和技术参数:
1)操作方法:叔丁醇-丙酸甲酯混合物进料泵1经原料管加入塔釜内,乙二醇-离子液体组成混合萃取剂经进料泵从塔上部不断加入,萃取剂用量与原料比为4~6:1,该塔操作压力为0.3atm;混合萃取剂进塔后,对萃取精馏塔进行全回流操作;当塔顶温度达到45~46℃,以回流比3~5:1采出含量≥99.5%的丙酸甲酯至产品罐1;当萃取精馏塔塔顶采出的丙酸甲酯产品含量<98%以下,且塔顶温度高于50℃时,停止加入萃取剂,并以回流比3~5:1采出丙酸甲酯-叔丁醇过渡馏分至过渡罐1;当塔顶温度达到54~55℃时,以回流比1~2:1采出叔丁醇至产品罐2;当塔顶温度高于65℃时,以回流比1:1采出叔丁醇-乙二醇过渡馏分至过渡罐2;当塔顶温度高于140℃,停车;待系统冷却后,塔釜放出纯度高于99.5%的萃取剂,下批料待用;
2)技术参数:该塔理论塔板数为50~70,萃取剂进料位置为第3~5块板;回流比为2~7,操作压力为0.3atm;萃取剂为乙二醇(80~90wt%)与离子液体(10~20wt%),萃取剂进料量与原料进料比为4~6:1,进料温度为30~40℃,压力为0.11MPa;原料为叔丁醇(40wt%)与丙酸甲酯(60wt%)的近共沸组成,进料温度为30~40℃,压力为0.11MPa。
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