CN106831339A - 一种分离纯化三氟乙醇和水共沸物的方法 - Google Patents

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杨建明
吕剑
王为强
梅苏宁
惠丰
李亚妮
张前
李江伟
赵锋伟
余秦伟
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Abstract

本发明公开了一种分离纯化三氟乙醇和水共沸物的方法。主要解决共沸精馏会引入第三种杂质和分离纯度低的问题。该方法采用精馏塔和渗透蒸发装置，具体操作步骤如下：(1)三氟乙醇和水混合物进入精馏塔进行分离，塔顶馏分为三氟乙醇和水的最低共沸物，塔釜馏分为三氟乙醇产品；(2)精馏塔的塔釜馏分进入渗透蒸发装置进行分离，料液侧的水优先透过膜进入膜后，渗余物经过冷凝循环至精馏塔，渗透物为纯水。该方法不用引入第三种物质，并且产品纯度高。

Description

一种分离纯化三氟乙醇和水共沸物的方法
技术领域
本发明属于化工技术领域，具体涉及一种分离纯化三氟乙醇和水共沸物的方法。
背景技术
三氟乙醇是一种高附加值、发展前景良好的基础含氟有机中间体，在医药、农药、染料、能源、聚合物改性等领域有着广泛的应用。在三氟乙基乙酸酯和甲醇酯交换法或1-氯-2,2，2-二氟乙烷水解法制备三氟乙醇的生产过程中，产物中有水生成。水(沸点为100℃)和三氟乙醇(沸点为74℃)沸点接近，两者形成最低共沸物，常规精馏难以将两者分离。文献(徐卫国,徐宇威，三氟乙醇的合成，浙江化工，2001：32-33)中报道了以三氟醋酸酯为原料生产三氟乙醇的过程中，产品三氟乙醇与生成的水形成的共沸物，分离困难(21-23行)。工业上一般采取共沸精馏分离纯化最低共沸物，如通过加入甲苯，形成甲苯与水的共沸物除去大部分水，再精馏得到三氟乙醇。但是实施共沸精馏的过程中，存在以下问题：(1)共沸剂的加入使产品含有共沸剂，影响三氟乙醇在医药和农药方面的应用；(2)另外，共沸精馏产品纯度只有98.8％，纯度较低；(3)共沸剂毒性大，影响人体健康，并且易燃易爆，这些都对操作人员的安全和健康构成威胁；(4)共沸精馏过程中产生的废水中甲苯含量0.8％，污染大。上述问题的存在，严重得阻碍了三氟乙醇的工业化。
发明内容
针对背景技术存在的缺陷或不足，本发明提供一种不用引入共沸剂、产品纯度高且操作安全污染小的分离纯化三氟乙醇和水共沸物的方法。
本发明利用精馏和渗透蒸发耦合过程分离纯化三氟乙醇和水的混合物，实现了三氟乙醇和水的有效分离纯化。
为了实现上述技术任务，本发明采取如下的技术方案予以实现：
一种分离纯化三氟乙醇和水共沸物的方法，该方法采用采用精馏塔和渗透蒸发装置，具体操作步骤如下：
(1)三氟乙醇和水混合物进入精馏塔进行分离，操作压力100kPa～200kPa，塔顶温度70℃～88℃，塔釜温度74℃～92℃，回流比0.5～10，塔顶馏分为三氟乙醇和水的最低共沸物，塔釜馏分为三氟乙醇产品；
(2)精馏塔的塔釜馏分进入渗透蒸发装置进行分离，料液侧操作压力100kPa～2000kPa，操作温度40℃～100℃，膜后压力0.5kPa～2kPa，料液侧的水优先透过膜进入膜后，渗余物经过冷凝循环至精馏塔，渗透物为纯水。
所述的精馏塔，较优的操作条件为：操作压力为100kPa～120kPa，塔顶温度为70℃～75℃，塔釜温度为74℃～79℃，回流比为0.5～3。
所述的渗透蒸发装置，较优的操作条件为：料液侧操作压力100kPa～120kPa，操作温度60℃～65℃，膜后压力0.5kPa～1kPa。
所述的三氟乙醇和水的混合物来自三氟乙基乙酸酯和甲醇酯交换法或1-氯-2,2，2-三氟乙烷水解法制备三氟乙醇的生产过程中，该三氟乙醇粗品中的三氟乙醇质量百分含量为75％～85％，水质量百分含量为15％～25％。
所述的精馏塔采用板式塔或填料塔或板式和填料的组合塔。
所述的渗透蒸发装置膜组件采用板框式或者螺旋卷式，也可以采取管式和中空纤维膜组件，较优的是板框式组件。
所述的渗透蒸发装置膜组件中的膜材料为聚乙烯醇、壳聚糖等膜材料。
为了改善膜材料的表面性能，增强分离效率。所述的膜材料在质量分数为0.1％的氟化氢水溶液中进行预处理。
本发明的优点如下：
(1)采用本发明，产品中不含共沸剂，不会对三氟乙醇在医药方面的应用造成影响；
(2)采用本发明，产品纯度高于共沸精馏，可高达99.95％。
(3)采用本发明，不使用有毒易燃易爆的有机溶剂，不会对操作人员的安全和健康构成威胁。
(4)采用本发明，废水中有机物含量可低至0.001％，污染小。
附图说明
图1为三氟乙醇和水混合物的分离纯化工艺流程图
附图中的标号分别表示：A、精馏塔，B、渗透蒸发装置，1、2、3、4、5均为管线。
具体实施方式
参见图1，按照本发明的技术方案，以下的实施例中精馏塔A(填料塔，塔径为Φ25mm，内装3*3不锈钢θ环填料，填料层高度为0.8m)和渗透蒸发装置(膜组件有50付板框构成，其中装有100张复合膜，板芯部分高350mm，单张膜所占组件的板芯厚度为3.5mm，板框尺寸500mm*250mm。两框并联为一程，50个框为25程串联，膜材料使用前采用质量分数0.1％HF处理的聚乙烯醇膜)。
来自管线1的三氟乙醇和水的混合物从精馏塔A中部进料，在精馏塔A中进行气液相分离，A塔塔釜为三氟乙醇，经管线3采出，塔顶为三氟乙醇和水的共沸物，自管线2进入渗透蒸发装置。管线2中的三氟乙醇和水的共沸物在渗透蒸发装置中分离，渗余物为产品三氟乙醇和水，冷凝后其通过管线4返回至精馏塔A塔中，渗透物为水，经管线5排出。管线1中物料的质量流量为5kg/hr。
下面是发明人给出的实施例，本发明不限于这些实施例。
实施例1：
三氟乙醇质量百分含量为80％和水质量百分含量为20％的混合物在温度80℃条件下，从精馏塔A中部进料，在100kPa压力下，精馏塔A中进行气液相分离，回流比为2，塔顶温度70℃，A塔塔顶三氟乙醇和水的共沸物；精馏塔A塔釜温度74℃，塔釜为三氟乙醇，纯度99.95％。
三氟乙醇和水的共沸物温度降到60℃，进入渗透蒸发装置B，料液侧操作在100kPa压力下，料液测操作温度60℃，膜后压力0.5kPa，渗余物冷凝后回到精馏塔A中，渗透物为水，有机物含量为0.0012％。
实施例2：
三氟乙醇质量百分含量为75％和水质量百分含量为25％的混合物在温度90℃条件下，从精馏塔A中部进料，在120kPa压力下，精馏塔A中进行气液相分离，回流比为3，塔顶温度75℃，A塔塔顶为和水的共沸物；精馏塔A塔釜温度79℃，塔釜为三氟乙醇，纯度99.92％。
三氟乙醇和水的共沸物温度降到60℃，进入渗透蒸发装置B，料液侧操作在120kPa压力下，料液测操作温度60℃，膜后压力1kPa，渗余物冷凝后回到精馏塔A中，渗透物为水，有机物含量为0.0013％。
实施例3：
三氟乙醇质量百分含量为80％和水质量百分含量为20％的混合物在温度95℃条件下，从精馏塔A中部进料，在200kPa压力下，精馏塔A中进行气液相分离，回流比为5，A塔塔顶为三氟乙醇和水的共沸物，塔顶温度88℃；精馏塔A塔釜温度92℃，塔釜为三氟乙醇，纯度99.93％。
三氟乙醇和水的共沸物温度降到60℃，进入渗透蒸发装置B，料液侧操作在200kPa压力下，料液测操作温度70℃，膜后压力2kPa，渗余物冷凝后回到精馏塔A中，渗透物为水，有机物含量为0.001％。
实施例4：
三氟乙醇质量百分含量为83％和水质量百分含量为17％的混合物在温度80℃条件下，从精馏塔A中部进料，在100kPa压力下，精馏塔A中进行气液相分离，回流比为10，A塔塔顶为三氟乙醇和水的共沸物，塔顶温度70℃；精馏塔A塔釜温度74℃，塔釜为三氟乙醇，纯度99.94％。
三氟乙醇和水的共沸物温度降到60℃，进入渗透蒸发装置B，料液侧操作在100kPa压力下，料液测操作温度60℃，膜后压力0.5kPa，渗余物冷凝后回到精馏塔A中，渗透物为水，有机物含量为0.0011％。
实施例5：
三氟乙醇质量百分含量为78％和水质量百分含量为22％的混合物在温度95℃条件下，从精馏塔A中部进料，在200kPa压力下，精馏塔A中进行气液相分离，回流比为0.5，A塔塔顶为三氟乙醇和水的共沸物，塔顶温度88℃；精馏塔A塔釜温度92℃，塔釜为三氟乙醇，纯度99.91％。
三氟乙醇和水的共沸物温度降到60℃，进入渗透蒸发装置B，料液侧操作在200kPa压力下，料液测操作温度70℃，膜后压力2kPa，渗余物冷凝后回到精馏塔A中，渗透物为水，有机物含量为0.0014％。

Claims (8)

1.一种分离纯化三氟乙醇和水共沸物的方法，该方法采用精馏塔和渗透蒸发装置，具体步骤如下：
(1)三氟乙醇和水混合物进入精馏塔进行分离，操作压力100kPa～200kPa，塔顶温度70℃～88℃，塔釜温度74℃～92℃，回流比0.5～10，塔顶馏分为三氟乙醇和水的最低共沸物，塔釜馏分为三氟乙醇产品；
(2)精馏塔的塔釜馏分进入渗透蒸发装置进行分离，料液侧操作压力100kPa～2000kPa，操作温度40℃～100℃，膜后压力0.5kPa～2kPa，料液侧的水优先透过膜进入膜后，渗余物经过冷凝循环至精馏塔，渗透物为纯水。
2.如权利要求1所述分离纯化三氟乙醇和水共沸物的方法，其特征在于，所述的精馏塔，操作条件为：操作压力为100kPa～120kPa，塔顶温度为70℃～75℃，塔釜温度为74℃～79℃，回流比为0.5～3。
3.如权利要求1所述分离纯化三氟乙醇和水共沸物的方法，其特征在于，所述的渗透蒸发装置，操作条件为：料液侧操作压力100kPa～120kPa，操作温度60℃～65℃，膜后压力0.5kPa～1kPa。
4.如权利要求1所述分离纯化三氟乙醇和水共沸物的方法，其特征在于，所述的三氟乙醇和水的混合物来自三氟乙基乙酸酯和甲醇酯交换法或1-氯-2,2，2-三氟乙烷水解法制备三氟乙醇的生产过程中，该三氟乙醇粗品中的三氟乙醇质量百分含量为75％～85％，水质量百分含量为15％～25％。
5.如权利要求1所述分离纯化三氟乙醇和水共沸物的方法，其特征在于，所述的精馏塔采用板式塔或填料塔或板式和填料的组合塔。
6.如权利要求1所述分离纯化三氟乙醇和水共沸物的方法，其特征在于，所述的渗透蒸发装置膜组件采用板框式或者螺旋卷式，也可以采取管式和中空纤维膜组件。
7.如权利要求1所述分离纯化三氟乙醇和水共沸物的方法，其特征在于，所述的渗透蒸发装置膜组件中的膜材料为聚乙烯醇或壳聚糖膜材料。
8.如权利要求1所述分离纯化三氟乙醇和水共沸物的方法，其特征在于，所述的膜材料在质量分数为0.1％的氟化氢水溶液中进行预处理。
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