CN105968073A - 单塔萃取精馏回收四氢呋喃-甲醇-水中四氢呋喃的方法 - Google Patents

单塔萃取精馏回收四氢呋喃-甲醇-水中四氢呋喃的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了单塔萃取精馏回收四氢呋喃‑甲醇‑水中四氢呋喃的方法，针对四氢呋喃‑甲醇‑水三元混合物中存在两组共沸物(即四氢呋喃‑甲醇和四氢呋喃‑水)难以分离的现状，以2‑甲基‑2‑丁烯为萃取剂，利用其与甲醇和水形成最低共沸物的特点，实现了从三元混合物中回收高纯度四氢呋喃的目标。采用单塔萃取精馏操作，与传统分离方法相比，大幅降低了能耗，节省了设备费用。萃取剂2‑甲基‑2‑丁烯不与水相溶，实现了高纯度回收，可回用至萃取精馏塔，节省了原料成本。

Description

单塔萃取精馏回收四氢呋喃-甲醇-水中四氢呋喃的方法
【技术领域】
本发明属于化工分离纯化领域，具体涉及单塔萃取精馏回收四氢呋喃-甲醇-水中四氢呋喃的方法。
【背景技术】
四氢呋喃是一种重要的有机合成原料且是性能优良的溶剂，特别适用于溶解PVC、聚偏氯乙烯和丁苯胺，广泛用作表面涂料、防腐涂料、印刷油墨、磁带和薄膜涂料的溶剂，并用作反应溶剂，用于电镀铝液时可任意控制铝层厚度。甲醇，沸点为64.5℃，主要用作涂料、油墨、染料、醋酸纤维素等的溶剂，还可作为农药、医药、塑料的原料。
在制药行业甾体药物生产过程中，四氢呋喃-甲醇-水常以混合物的形式出现。四氢呋喃和甲醇会形成共沸物，常压下其共沸点为58.96℃，其中四氢呋喃的质量分数为50.65％、甲醇质量分数为49.35％。而四氢呋喃与水同样形成共沸物，常压下共沸点为62.59℃，其中四氢呋喃质量分数为78.71％、水质量分数为21.29％。该三元混合物中存在两组共沸物，采用普通的精馏方法根本无法实现有效分离。
文献(甲醇-四氢呋喃-水体系分离新方法的研究.烟台大学学报，2001年第14卷第3期)研究了一种利用水和氟化钾分离该三元体系的方法，该方法利用两个塔实现分离，工艺较为复杂，且目前尚未实现工业化。
专利(CN1660828A)涉及从制药废液中回收四氢呋喃的方法，制药废液主要含有四氢呋喃、乙醇、水三种组分，其工艺先进行初步精馏，后进行萃取精馏，最后还需要与固体氢氧化钾搅拌后静置才能得到较纯的四氢呋喃，工艺过程复杂，且由其实施案例可见，该工艺目前处于实验室研究阶段，并未实现工业化。
专利(CN102911139A)涉及一种含四氢呋喃-甲醇体系的溶剂回收分离方法，以乙二醇为萃取剂，利用萃取精馏塔和萃取剂回收塔双塔分离工艺分离四氢呋喃和甲醇共沸物，工艺相对复杂，未涉及到四氢呋喃-甲醇-水三元物系的分离。
专利(CN104447636A)涉及利用分壁塔萃取精馏分离乙醇-四氢呋喃的方法及装置，该方法以1,4-丁二醇为萃取剂，利用单塔实现了乙醇-四氢呋喃这一组共沸物的分离，但是没有涉及三元组分的分离，此外，分壁塔操作较为复杂。
专利(CN104098431A)涉及甲醇、二氯甲烷和水的萃取精馏工艺方法，采用双塔实现甲醇和二氯甲烷的分离，工艺复杂，能耗较高。
本发明采用单塔实现了四氢呋喃-甲醇-水混合物中四氢呋喃的高纯度回收，以2-甲基-2-丁烯为萃取剂，利用该萃取剂与水和甲醇形成三元最低共沸物的特性，实现分离后的四氢呋喃纯度高达99.5％以上；利用萃取剂不溶于水的特性，使其能够实现回收再利用，降低了分离成本；仅利用单塔就从含有两组共沸组成的三元混合物中分离出高纯度组分，相比于传统的双塔甚至多塔工艺，能耗低且工艺简单。
【发明内容】
[要解决的技术问题]
本发明的目的是提供单塔萃取精馏回收四氢呋喃-甲醇-水中四氢呋喃的方法。
[技术方案]
本发明针对三元混合物，尤其是存在两组共沸组成的四氢呋喃-甲醇-水混合物，现有技术分离能耗高、工艺复杂的现状，提供单塔萃取精馏回收四氢呋喃-甲醇-水中四氢呋喃的方法。以2-甲基-2-丁烯为萃取剂，利用该萃取剂与水和甲醇形成三元最低共沸物的特性，将三元混合物中绝大部分的甲醇和水以共沸物的形式先分离，则剩余组分为高纯度的四氢呋喃，实现其纯度高达99.5％以上。利用萃取剂不溶于水的特性，通过分相原理使其能够实现回收再利用，降低了分离成本；整个工艺采用单塔操作，相比于传统的双塔甚至多塔工艺，大幅降低能耗且工艺简单易行。
本发明是通过如下技术方案实现的：单塔萃取精馏回收四氢呋喃-甲醇-水中四氢呋喃的方法，实现该方法的装置包括：萃取精馏塔C1、冷凝器H1、再沸器H2、混合罐U1、回流罐U2、分相器U3、四氢呋喃产品罐U4、进料泵P1、进料泵P2、进料泵P3、进料泵P4、进料泵P5、进料泵P6、阀门V1、阀门V2；进料泵P1与混合罐U1补充液进口相连接，混合罐U1液体出口经进料泵P5与萃取精馏塔C1萃取剂进口连接，进料泵P6与萃取精馏塔C1进料口连接，萃取精馏塔C1塔顶部汽相出口经过冷凝器H1与回流罐U2连接，塔底部循环液出口与再沸器H2液相入口连接，再沸器H2汽相出口连接回萃取精馏塔C1，塔底部液相采出口与四氢呋喃产品罐U4连接，回流罐U2回流口连接回萃取精馏塔C1，采出口经进料泵P4、阀门V2与分相器U3连接，分相器U3有机相出口经过进料泵P2连接到混合罐U1，进料泵P3分别与阀门V1、分相器U3进水口连接。
单塔萃取精馏回收四氢呋喃-甲醇-水中四氢呋喃的方法，包括以下步骤：
(1)萃取剂经进料泵P1输送至混合罐U1收集，又经进料泵P5输送至萃取精馏塔C1中；
(2)四氢呋喃-甲醇-水混合液经进料泵P6输送至萃取精馏塔C1，部分塔底液相进入再沸器H2，再沸后进入萃取精馏塔C1，部分塔底液相作为四氢呋喃产品采出并输送至四氢呋喃产品罐U4；
(3)萃取精馏塔C1顶部蒸汽经冷凝器H1冷凝、回流罐U2收集后，部分冷凝液回流至萃取精馏塔C1，部分冷凝液则经进料泵P4和阀门V2输送至分相器U3；
(4)通过进料泵P3、阀门V1向分相器U3中加水，分相器U3中出现明显分层，上层为有机相，即萃取剂，经加料泵P2被输送至混合罐U3，下层为水相，由罐底排出；
萃取精馏塔C1操作压力为1～2atm，回流比为0.8～1.5，塔板数为18～35块，混合液进料板为12～18块，萃取剂进料板为12～18块，塔顶温度为32.9～53.8℃，塔底温度为64.5～89℃。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：所述萃取剂为2-甲基-2-丁烯。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：所述萃取剂与四氢呋喃-甲醇-水混合液的进料流量比为2～4:1。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：所述的四氢呋喃-甲醇-水三元混合液中，四氢呋喃质量分数为75％～80％、甲醇质量分数为6％～12％，水质量分数为8％～19％。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：萃取精馏塔C1塔底回收的四氢呋喃纯度高于99.5％，收率高于99.5％。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：经分相器U3分层后，输送至混合罐U1的上层有机相萃取剂2-甲基-2-丁烯纯度高于99.6％，可重复利用于萃取精馏塔C1，从分相器U3底部排出的下层水相中水含量高于97％。
本发明的单塔萃取精馏回收四氢呋喃-甲醇-水中四氢呋喃的方法具体描述如下：
常温下，四氢呋喃-甲醇-水三元混合液经进料泵P6输送至萃取精馏塔C1中，与经进料泵P5从混合罐U1输送出的萃取剂2-甲基-2-丁烯在萃取精馏塔C1内充分接触，进行多级汽液传质，在塔顶以2-甲基-2-丁烯、甲醇、水三元最低共沸物的形式蒸出，经冷凝器H1冷凝后，于回流罐U2收集，部分冷凝液回流至萃取精馏塔C1中，部分则经进料泵P4、阀门V2进入分相器U3，在萃取精馏塔C1底部，分离出的四氢呋喃液相，部分进入再沸器H2再沸后回到塔中，部分输送至四氢呋喃产品罐U4收集。在分相器U3中，水经进料泵P3、阀门V1进入分相器U3，由于萃取剂2-甲基-2-丁烯与水不溶，因此在分相器U3中会出现明显的分层，上层有机相为2-甲基-2-丁烯，下层水相为含少量甲醇的水，有机相中2-甲基-2-丁烯含量高于99.6％，经进料泵P2输送至混合罐U1中，与经进料泵P1补充的新鲜萃取剂混合，用于萃取精馏塔C1。[有益效果]
本发明与现有技术相比，主要有以下有益效果：
(1)采用单塔操作实现了从三元混合物中分离高纯度组分，工艺简单易行；
(2)分离后的四氢呋喃纯度高于99.5％、收率高于99.5％；
(3)萃取剂很好地实现了回收再利用，降低了分离成本。
【附图说明】
图1是本发明的流程示意图，其中：
P1，P2，P3，P4，P5，P6-进料泵；U1-混合罐；U2-回流罐；U3-分相器；U4-四氢呋喃产品罐；C1-萃取精馏塔；H1-冷凝器；H2-再沸器；V1，V2-阀门。
【具体实施方式】
实施例1：
四氢呋喃-甲醇-水混合液进料流量为1400kg/h，常温，压力1atm，质量组成：四氢呋喃75％，甲醇6％，水19％。萃取剂与四氢呋喃-甲醇-水混合液的进料流量比为3.5:1。萃取精馏塔C1操作压力为1atm，回流比为1，塔板数为18块板，混合液进料板为第12块板，萃取剂进料板为第12块板，塔顶温度32.9℃，塔底温度64.5℃。萃取剂为2-甲基-2-丁烯，经萃取精馏塔C1分离后，塔底采出的四氢呋喃纯度为99.5％，收率为99.7％。分相器U3中，经过分相，上层采出的有机相萃取剂2-甲基-2-丁烯纯度为99.6％，经进料泵P2输送至混合罐U1，下层水相中水的纯度为97％。
实施例2：
四氢呋喃-甲醇-水混合液进料流量为1320kg/h，常温，压力2atm，质量组成：四氢呋喃80％，甲醇12％，水8％。萃取剂与四氢呋喃-甲醇-水混合液的进料流量比为2:1。萃取精馏塔C1操作压力为2atm，回流比为0.8，塔板数为35块板，混合液进料板为第18块板，萃取剂进料板为第18块板，塔顶温度53.8℃，塔底温度89℃。萃取剂为2-甲基-2-丁烯，经萃取精馏塔C1分离后，塔底采出的四氢呋喃纯度为99.8％，收率为99.5％。分相器U3中，经过分相，上层采出的有机相萃取剂2-甲基-2-丁烯纯度为99.7％，经进料泵P2输送至混合罐U1，下层水相中水的纯度为97.5％。
实施例3：
四氢呋喃-甲醇-水混合液进料流量为1480kg/h，常温，压力1.5atm，质量组成：四氢呋喃78％，甲醇9％，水13％。萃取剂与四氢呋喃-甲醇-水混合液的进料流量比为4:1。萃取精馏塔C1操作压力为1.5atm，回流比为1.5，塔板数为25块板，混合液进料板为第16块板，萃取剂进料板为第16块板，塔顶温度46.1℃，塔底温度79℃。萃取剂为2-甲基-2-丁烯，经萃取精馏塔C1分离后，塔底采出的四氢呋喃纯度为99.7％，收率为99.6％。分相器U3中，经过分相，上层采出的有机相萃取剂2-甲基-2-丁烯纯度为99.8％，经进料泵P2输送至混合罐U1，下层水相中水的纯度为98.3％。
实施例4：
四氢呋喃-甲醇-水混合液进料流量为1290kg/h，常温，压力1.8atm，质量组成：四氢呋喃79％，甲醇11％，水10％。萃取剂与四氢呋喃-甲醇-水混合液的进料流量比为2:1。萃取精馏塔C1操作压力为1.8atm，回流比为1.2，塔板数为28块板，混合液进料板为第19块板，萃取剂进料板为第19块板，塔顶温度52.2℃，塔底温度85.3℃。萃取剂为2-甲基-2-丁烯，经萃取精馏塔C1分离后，塔底采出的四氢呋喃纯度为99.9％，收率为99.8％。分相器U3中，经过分相，上层采出的有机相萃取剂2-甲基-2-丁烯纯度为99.9％，经进料泵P2输送至混合罐U1，下层水相中水的纯度为98.1％。
实施例5：
四氢呋喃-甲醇-水混合液进料流量为1505kg/h，常温，压力1atm，质量组成：四氢呋喃77％，甲醇7％，水16％。萃取剂与四氢呋喃-甲醇-水混合液的进料流量比为4:1。萃取精馏塔C1操作压力为1atm，回流比为1.1，塔板数为30块板，混合液进料板为第21块板，萃取剂进料板为第21块板，塔顶温度32.9℃，塔底温度64.5℃。萃取剂为2-甲基-2-丁烯，经萃取精馏塔C1分离后，塔底采出的四氢呋喃纯度为99.5％，收率为99.6％。分相器U3中，经过分相，上层采出的有机相萃取剂2-甲基-2-丁烯纯度为99.7％，经进料泵P2输送至混合罐U1，下层水相中水的纯度为97.3％。

Claims (6)

1.单塔萃取精馏回收四氢呋喃-甲醇-水中四氢呋喃的方法，其特征在于实现该方法的装置包括：萃取精馏塔C1、冷凝器H1、再沸器H2、混合罐U1、回流罐U2、分相器U3、四氢呋喃产品罐U4、进料泵P1、进料泵P2、进料泵P3、进料泵P4、进料泵P5、进料泵P6、阀门V1、阀门V2；进料泵P1与混合罐U1补充液进口相连接，混合罐U1液体出口经进料泵P5与萃取精馏塔C1萃取剂进口连接，进料泵P6与萃取精馏塔C1进料口连接，萃取精馏塔C1塔顶部汽相出口经过冷凝器H1与回流罐U2连接，塔底部循环液出口与再沸器H2液相入口连接，再沸器H2汽相出口连接回萃取精馏塔C1，塔底部液相采出口与四氢呋喃产品罐U4连接，回流罐U2回流口连接回萃取精馏塔C1，采出口经进料泵P4、阀门V2与分相器U3连接，分相器U3有机相出口经过进料泵P2连接到混合罐U1，进料泵P3分别与阀门V1、分相器U3进水口连接；
单塔萃取精馏回收四氢呋喃-甲醇-水中四氢呋喃的方法，包括以下步骤：
(1)萃取剂经进料泵P1输送至混合罐U1收集，又经进料泵P5输送至萃取精馏塔C1中；
(2)四氢呋喃-甲醇-水混合液经进料泵P6输送至萃取精馏塔C1，部分塔底液相进入再沸器H2，再沸后进入萃取精馏塔C1，部分塔底液相作为四氢呋喃产品采出并输送至四氢呋喃产品罐U4；
(3)萃取精馏塔C1顶部蒸汽经冷凝器H1冷凝、回流罐U2收集后，部分冷凝液回流至萃取精馏塔C1，部分冷凝液则经进料泵P4和阀门V2输送至分相器U3；
(4)通过进料泵P3、阀门V1向分相器U3中加水，分相器U3中出现明显分层，上层为有机相，即萃取剂，经加料泵P2被输送至混合罐U3，下层为水相，由罐底排出；
萃取精馏塔C1操作压力为1～2atm，回流比为0.8～1.5，塔板数为18～35块，混合液进料板为12～18块，萃取剂进料板为12～18块，塔顶温度为32.9～53.8℃，塔底温度为64.5～89℃。
2.根据权利要求1所述的单塔萃取精馏回收四氢呋喃-甲醇-水中四氢呋喃的方法，其特征在于：所述萃取剂为2-甲基-2-丁烯。
3.根据权利要求1所述的单塔萃取精馏回收四氢呋喃-甲醇-水中四氢呋喃的方法，其特征在于：所述萃取剂与四氢呋喃-甲醇-水混合液的进料流量比为2～4:1。
4.根据权利要求1所述的单塔萃取精馏回收四氢呋喃-甲醇-水中四氢呋喃的方法，其特征在于：所述的四氢呋喃-甲醇-水三元混合液中，四氢呋喃质量分数为75％～80％、甲醇质量分数为6％～12％，水质量分数为8％～19％。
5.根据权利要求1所述的单塔萃取精馏回收四氢呋喃-甲醇-水中四氢呋喃的方法，其特征在于：萃取精馏塔C1塔底回收的四氢呋喃纯度高于99.5％，收率高于99.5％。
6.根据权利要求1所述的单塔萃取精馏回收四氢呋喃-甲醇-水中四氢呋喃的方法，其特征在于：经分相器U3分层后，输送至混合罐U1的上层有机相萃取剂2-甲基-2-丁烯纯度高于99.6％，可重复利用于萃取精馏塔C1，从分相器U3底部排出的下层水相中水含量高于97％。
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