CN106631697A - 一种正丙醇和异丙醇的分离方法 - Google Patents

一种正丙醇和异丙醇的分离方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种正丙醇和异丙醇的分离方法，即采用机械蒸汽再压缩(MVR)热泵精馏，包括常压精馏塔、塔顶流股压缩机、换热器和回流泵。正丙醇和异丙醇原料混合物在常温常压下进入精馏塔，精馏塔的操作压力常压，塔顶操作温度为81.8℃，异丙醇从塔顶采出，正丙醇从塔底采出，产品浓度均达99.0％(质量分数)；通过MVR热泵系统实现了塔自身热量集成，节省了冷热公用工程的消耗量，降低了能耗；与传统分离方法相比，降低能耗约70％。

Description

一种正丙醇和异丙醇的分离方法
技术领域
本发明属于化学工程领域，涉及一种正丙醇和异丙醇的分离方法。
背景技术
正丙醇是一种应用广泛的化工产品，可以直接用作溶剂或合成乙酸丙酯，也可以被用来生产现代医药业和农药业产品的中间体正丙胺，还用于生产饲料添加剂和合成香料等。异丙醇是正丙醇的同分异构体，是世界上最早生产的石油化工产品之一，行业中被称作IPA。异丙醇也是重要的化工产品和原料，主要用于制药过程、化妆品以及香料涂料等生产过程中。
目前工业上生产异丙醇的主流方法是丙烯直接水合制异丙醇法。该方法是在有催化剂的条件下用纯度较高的丙烯和水直接水合来生产异丙醇，同时会生成副产物，即正丙醇。丙烯直接水合制异丙醇法所涉及的主要反应方程式如下：
主反应：CH2＝CHCH3+H2O→(CH3)2CHOH
副反应：CH2＝CHCH3+H2O→CH3CH2CH2OH
反应得到的异丙醇中含有副产物正丙醇，再去精馏装置中进行提纯操作，但异丙醇精制工段能耗比较大。
常规正丙醇和异丙醇混合物的分离工段采用精馏塔进行操作。正丙醇和异丙醇沸点相差约15℃，且该体系相对挥发度随压力改变的变化不大，故常压精馏塔可进行分离操作。但常规精馏塔的塔顶蒸汽用冷凝水冷却，蒸汽的潜热能量被冷却水带走，而塔底的液相再沸需要外界提供的热公用工程进行加热，故被利用的热量极少，热力学效率极低。该常规精馏过程中塔顶塔底温度相差不大，故可采用MVR热泵精馏工艺，将塔顶蒸汽能级品位提高作为塔釜液相再沸的热源，节省大量的冷热公用工程的消耗量来降低能耗。
发明内容
本发明针对上述分离方法存在的不足，提出一种正丙醇和异丙醇的分离方法，即采用机械蒸汽再压缩(MVR)热泵精馏，该方法具有能耗低，设备流程简单的优点。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种正丙醇和异丙醇的分离方法，所述分离方法包括以下步骤：
正丙醇和异丙醇的混合物在常温常压的条件下进入精馏塔，该精馏塔在常压下操作，低沸点的异丙醇从塔顶出料，高沸点的正丙醇从塔底出料。精馏塔的塔顶不设冷凝器，轻组分气相从塔顶出，利用压缩机压缩塔顶的气相使温度提高一个能级。经压缩机提高能级的塔顶蒸汽作为塔釜液相的热源，换热后经过冷凝器冷却，再通过泵分为两股物流，一股回流进精馏塔，一股出料采出。精馏塔塔底设置一个辅助再沸器，补充塔顶蒸汽提供不足的热量使塔釜液相汽化。
本发明节能方法中包括正丙醇和异丙醇分离精馏塔、塔顶流股压缩机、换热器和回流泵。
精馏塔为填料塔或板式塔，由精馏段和提馏段组成，精馏塔理论塔板数为50-80块；操作压力为常压，回流比为1-8；塔内填充带孔板波纹的规整填料；压缩机的压缩比为2-3；塔顶采出质量分数大于等于99.0％的异丙醇，塔底采出质量分数大于等于99.0％的正丙醇。
在传统精馏塔中，塔底加入的热量会被塔顶冷却水带走绝大部分，这造成能耗高的主要原因。如果想利用这部分热量，利用塔顶的热量为塔底加热，由于塔顶温度低于塔底，热量不可能由低温向高温传导。本发明中所使用的MVR热泵技术是利用压缩机做功，提高蒸汽的温度和能级，其本质是将压缩机的电能转化为高温蒸汽的热能。热泵精馏可以大幅提高热力学效率，实现能耗的降低。
附图说明
图1为本发明的流程图
图中标号如下：1-正丙醇和异丙醇分离精馏塔；2-塔顶流股压缩机；3-冷凝再沸换热器；4-塔顶流股回流泵；5-塔底辅助再沸器。A-正丙醇和异丙醇混合物；B-异丙醇；C-正丙醇。S01-原料进料管，S02-塔顶蒸汽管，S03-压缩机出口管，S04-塔顶回流管，S05-塔顶产品出料管，S06-塔底液相产品出料管，S07-塔底液相回流管。
具体实施方式
结合附图对本发明作详细的叙述：
本发明中正丙醇和异丙醇在常压下的沸点分别约为97.2℃和82.2℃，沸点相差15℃。经过分析计算，改变压力，二者的相对挥发度变化并不显著，故精馏塔的操作压力选择为常压。塔顶汽相经过压缩机提高能级至满足换热温差后与塔底液相进行换热，冷却后一部分进入精馏塔顶部回流，另一部分作为产品出料。经过计算，塔顶汽相经过压缩后换热所释放的潜热不能完全满足塔釜液相再沸所需的热量，故在塔底需再设辅助再沸器。MVR热泵精馏通过借助压缩机实现塔自身热量供应，节省了大量的热公用工程和冷公用工程的消耗量，实现了节能降耗的目的。
原料混合物A经进料管S01进入正丙醇和异丙醇分离精馏塔(1)，塔顶气相物流经S02至塔顶压缩机(2)提高压力和温度后进入到塔底冷凝再沸换热器(3)中与塔釜液相物流进行换热，通过泵(4)一部分经S04回流进入正丙醇和异丙醇分离精馏塔塔顶，一部分作为产品异丙醇经S05产出。塔釜增设辅助再沸器(5)，用0.3MPa蒸汽提供不足的热量。塔釜液相经过换热后部分汽化，气相流体经S07回流至精馏塔底部，液相流体作为产品正丙醇经S06产出。
实例1：
采用附图1所示的工艺流程，原料混合物A中含有正丙醇30％(质量分数)，异丙醇70％(质量分数)，进料量为5000kg/h，在常温常压下进料。正丙醇和异丙醇分离精馏塔需65块理论板，操作压力为1bar，所使用的填料为带孔板波纹填料，塔径为1.17米。压缩机压缩比为2.6，压缩机功耗为179.8kW。塔顶流股B温度为81.8℃，流率为3520.4kg/h，含有99％(质量分数)异丙醇；塔底流股C温度为97.5℃，流率为1479.6kg/h，含有99％(质量分数)正丙醇。经过分析计算，该进料组成下常规工艺能耗约1806吨标煤/年，而热泵精馏工艺能耗约为468吨标煤/年，能耗降低77.06％。
实例2：
采用附图1所示的工艺流程，原料混合物A中含有正丙醇45％(质量分数)，异丙醇55％(质量分数)，进料量为5000kg/h，在常温常压下进料。正丙醇和异丙醇分离精馏塔需65块理论板，操作压力为1bar，所使用的填料为带孔板波纹填料，塔径为1.35米。压缩机压缩比为2.5，压缩机功耗为165.6kW。塔顶流股B温度为81.8℃，流率为2755.1kg/h，含有99％(质量分数)异丙醇；塔底流股C温度为97℃，流率为2244.9kg/h，含有99％(质量分数)正丙醇。经过分析计算，该进料组成下常规工艺能耗约1757吨标煤/年，而热泵精馏工艺能耗约为458吨标煤/年，能耗降低73.93％。
实例3：
采用附图1所示的工艺流程，原料混合物A中含有正丙醇70％(质量分数)，异丙醇30％(质量分数)，进料量为5000kg/h，在常温常压下进料。正丙醇和异丙醇分离精馏塔需65块理论板，操作压力为1bar，所使用的填料为带孔板波纹填料，塔径为1.10米。压缩机压缩比为2.5，压缩机功耗为137.8kW。塔顶流股B温度为81.8℃，流量为1479.6kg/h，含有99％(质量分数)异丙醇；塔底流股C温度为97.5℃，流量为3520.4kg/h，含有99％(质量分数)正丙醇。经过分析计算，该进料组成下常规工艺能耗约1514吨标煤/年，而热泵精馏工艺能耗约为435吨标煤/年，能耗降低71.31％。

Claims (2)

1.一种正丙醇和异丙醇分离的方法，其特征为MVR热泵精馏系统；包括精馏塔(1)、塔顶流股压缩机(2)、冷凝再沸换热器(3)、塔底辅助再沸器(5)和塔顶回流泵(4)。
2.权利要求1的正丙醇和异丙醇分离的精馏方法：其特征是原料混合物A经进料管S01进入常压精馏塔(1)分离正丙醇和异丙醇，塔顶操作温度为81.8℃，塔顶气相物流经S02至塔顶压缩机(2)提高压力和温度后进入到塔底冷凝再沸换热器(3)中与塔釜液相物流进行换热，通过泵(4)一部分经S04回流进入常压精馏塔塔顶，一部分作为产品异丙醇经S05产出；塔釜辅助再沸器(5)提供不足的热量；塔釜液相经过换热后部分汽化，气相流体经S07回流至精馏塔底部，液相流体作为产品正丙醇经S06产出。
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