CN114057541B - 一种废弃二氯甲烷超重力耦合膜脱水的精制回收方法 - Google Patents

一种废弃二氯甲烷超重力耦合膜脱水的精制回收方法 Download PDF

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Abstract

一种废弃二氯甲烷超重力耦合膜脱水的精制回收方法，涉及有机溶剂回收技术领域，采用超重力耦合膜脱水的精馏方法；其工艺流程为：原料→一次热交换预热→二次热交换预热→超重力耦合膜脱水精馏→冷凝→产品。本发明的有益效果在于：本发明能耗低，能以低能耗实现蒸馏、萃取、吸附等方法难以分离或不能分离的近沸点、恒沸点混合物以及同分异构体等，在经济上和技术上较传统分离技术具有明显的优势。

Description

一种废弃二氯甲烷超重力耦合膜脱水的精制回收方法
技术领域
本发明涉及有机溶剂回收技术领域，具体是涉及一种废弃二氯甲烷超重力耦合膜脱水的精制回收方法。
背景技术
在医药、农药和染料中间体等精细化工开发和生产领域，由于有机化学反应特征需要，会使用大量的二氯甲烷，它在体系中对溶解物料、强化反应相间传质、加快反应速度、提高反应收率和提升产品质量起关键作用，是有机合成领域必不可少的关键环节之一。二氯甲烷在体系中不参与任何化学反应，但会溶解部分产品、杂质和水分，因此使用后不经净化处理的二氯甲烷其质量很难达到有机反应过程的要求，必须经过提纯净化使回收的二氯甲烷达到使用要求才能进一步循环使用。
传统回收废弃二氯甲烷精制提纯一般采用精馏的方法，它是利用有机物质之间相对挥发度的差别，混有杂质的有机溶剂通过在精馏塔中气液两相逆流接触，相际传热传质，液相中的易挥发组分进入气相，气相中的难挥发组分转入液相,在塔顶可得到易挥发组分，塔底可得到难挥发组分，从而实现含有杂质的二氯甲烷的精制提纯，使废弃二氯甲烷循环利用。但传统精馏方法存在着投资大、占用空间多、操作控制要求高、操作弹性小、能耗高、安全隐患不易发现等缺陷，另一个难题就是，二氯甲烷与水产生共沸，共沸温度为38℃，共沸组成为1.5%，因此通过精馏精制得到的二氯甲烷虽然高沸点杂质除去了，但水分含量仍然较高，因为共沸，通过精馏难以将二氯甲烷中水分降低到更低。因此，亟待开发一种投资少、占地面积小、安全节能、生产效率高的废弃二氯甲烷精制提纯新方法，使二氯甲烷的含量达到99.5%，水分低于200ppm以下，以满足企业节约资源、降低成本、提高经济效益和转型升级需求，为实现国家绿色循环创新驱动和高质量发展战略提供科技支撑。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点，本发明提出了一种废弃二氯甲烷超重力耦合膜脱水的精制回收方法。通过超重力精馏，将含有杂质和水的二氯甲烷提出到99%以上，再经过膜脱水装置将二氯甲烷的水分降低到50ppm以下。回收精制后的二氯甲烷达到含量99.5%，水分小于50ppm，实现废弃二氯甲烷的循环利用。
本发明提供一种废弃二氯甲烷超重力耦合膜脱水的精制回收方法，采用超重力耦合膜脱水的精馏方法；其工艺流程为：原料→一次热交换预热→二次热交换预热→超重力耦合膜脱水精馏→冷凝→产品。
所述的一次热交换预热具体为：将废弃二氯甲烷储罐（10）中的废弃二氯甲烷原料经溶剂泵（11）泵入二氯甲烷冷凝器（5）的壳程与二氯甲烷蒸汽换热，二氯甲烷蒸汽得到冷凝，原料废弃二氯甲烷得到预热；
所述的二次热交换预热具体为：经过二氯甲烷冷凝器（5）预热的废弃二氯甲烷进入水冷凝器（4）的壳程，将从膜管（3）中脱出的水蒸气冷凝，废弃二氯甲烷进一步得到预热，然后进入再沸器（1）；
所述的超重力耦合膜脱水精馏工序具体为：进入再沸器（1）中废的弃二氯甲烷原料经蒸汽加热，汽化的二氯甲烷蒸汽进入超重力耦合膜脱水精馏器（2）中，从外向内与从上部中心回流的二氯甲烷液体在超重力耦合膜脱水精馏器（2）中逆流接触气液交换，然后二氯甲烷蒸汽向上进入膜管（3）内，液体的水和高沸点杂质返回至再沸器（1）；在真空的压力差作用下，水蒸气从膜管（3）渗透至膜管外腔（13），并进入水冷凝器（4）冷凝为水，收集至废水储罐（8）集中处理；经过膜脱水的二氯甲烷蒸汽进入二氯甲烷冷凝器（5）冷却为液体，液体二氯甲烷分为两部分，一部分二氯甲烷液从超重力耦合膜脱水精馏器（2）的上部中心回流至超重力耦合膜脱水精馏器（2），从内向外与再沸器（1）中出来的二氯甲烷蒸汽逆流接触进行气液交换，形成一个完整的流程；另一部分二氯甲烷液体进入产品储罐（7）。
所述的再沸器（1）所需蒸汽由蒸汽供应管路（9）供应，蒸汽压力控制0.01-0.05MPa。
所述的再沸器（1）液相温度控制为70-90℃。
所述的二氯甲烷冷凝器（5）冷凝后的液体二氯甲烷，回流至超重力耦合膜脱水精馏器（2）与收集至产品储罐（7）的比例为0.5-2.5：1。
所述的超重力耦合膜脱水精馏器（2）的超重力精馏部分上部温度控制38-39℃。
所述的膜管外腔（13）真空度控制10-30mmHg，由真空泵（12）作用实现。
所述的超重力耦合膜脱水精馏器（2）的超重力精馏旋转床采用折流板与不锈钢规整填料交替组装；膜管（3）孔径控制在0.25-0.33nm。
本发明的有益效果在于：
超重力是一种传质传热的过程强化技术，由于内部旋转床的高速旋转，使气液交换形成一个远大于重力加速度的超重力场，在超重力的作用下，回流的液体形成微纳尺度的液滴液丝或液膜，与汽化的二氯甲烷蒸汽进行高效传质传热，使传质效率比传统的精馏效率提高2-3个数量级。因此，精馏塔的高度大大降低，设备投资大幅减少。
因为二氯甲烷与水会发生共沸，单纯靠精馏二氯甲烷中的水分难以降低到需要的指标，本发明通过超重力精馏出来的二氯甲烷蒸汽进入膜脱水装置进一步降低二氯甲烷中水分的含量，达到50ppm以下。
膜脱水组件是由无机分子筛渗透膜组成的分离装置，通过选用合适孔径的膜管，使水分子通过内外压力差渗透通过膜管，而二氯甲烷因为分子直径大于渗透膜的孔径而不能通过，从而达到水和二氯甲烷的分离。该过程与超重力精馏耦合，超重力精馏去除其它有机物杂质，精馏后未经冷凝的二氯甲烷蒸汽直接进入膜脱水装置，又省去了膜脱水要求的加热汽化工序，节省了能耗，能以低能耗实现蒸馏、萃取、吸附等方法难以分离或不能分离的近沸点、恒沸点混合物以及同分异构体等，在经济上和技术上较传统分离技术具有明显的优势。
附图说明
图1为本发明工艺路线图；
图中：1、再沸器，2、超重力耦合膜脱水精馏器，3、膜管，4、水冷凝器，5、二氯甲烷冷凝器，6、孔板，7、产品接收罐，8、废水储罐，9、蒸汽供应管路，10、废二氯甲烷储罐，11、溶剂泵，12、真空泵，13、膜管外腔。
具体实施方式
实施例1，本发明提供一种废弃二氯甲烷超重力耦合膜脱水的精制回收方法，采用超重力耦合膜脱水的精馏方法；
该精制回收方法采用的设备包括再沸器（1）、超重力耦合膜脱水精馏器（2）、膜管（3）、水冷凝器（4）、二氯甲烷冷凝器（5）、产品储罐（7）、废水储罐（8）、蒸汽供应管路（9）、废弃二氯甲烷储罐（10）、溶剂泵（11）、真空泵（12）；所述的超重力耦合膜脱水精馏器（2），下部为超重力精馏装置，超重力精馏装置的蒸汽出口连接下方的孔板（6），上下两个孔板（6）上的孔与膜管（3）一一对应；两个孔板（6）的无孔部分与膜管（3）形成膜管外腔（13）。膜管外腔（13）连接水冷凝器（4），水冷凝器（4）连接废水储罐（8），废水储罐（8）上部设置有真空泵（12）。
将废弃二氯甲烷储罐（10）中的废弃二氯甲烷原料经溶剂泵（11）泵入二氯甲烷冷凝器（5）的壳程与二氯甲烷蒸汽换热，二氯甲烷蒸汽得到冷凝，原料废弃二氯甲烷得到预热，经过二氯甲烷冷凝器（5）预热的废弃二氯甲烷进入水冷凝器（4）的壳程，将从膜管（3）中脱出的水蒸气冷凝，废弃二氯甲烷进一步得到预热，然后进入再沸器（1）；
再沸器（1）中废弃二氯甲烷原料经蒸汽加热，汽化的二氯甲烷蒸汽进入超重力耦合膜脱水精馏器（2）中，从外向内与从上部中心回流的二氯甲烷液体在超重力耦合膜脱水精馏器（2）中逆流接触气液交换，然后二氯甲烷蒸汽向上进入膜管（3）内，液体的水和高沸点杂质返回至再沸器（1）；在真空的压力差作用下，水蒸气从膜管（3）渗透至膜管外腔（13），并进入水冷凝器（4）冷凝为水，收集至废水储罐（8）集中处理；经过膜脱水的二氯甲烷蒸汽进入二氯甲烷冷凝器（5）冷却为液体，液体二氯甲烷分为两部分，一部分二氯甲烷液从超重力耦合膜脱水精馏器（2）的上部中心回流至超重力耦合膜脱水精馏器（2），从内向外与再沸器（1）中出来的二氯甲烷蒸汽逆流接触进行气液交换，形成一个完整的流程；另一部分二氯甲烷液体进入产品储罐（7），所得产品含量大于99.5%，水分含量低于50ppm，循环使用。
所述的再沸器（1）所需蒸汽由蒸汽供应管路（9）供应，蒸汽压力控制0.01-0.05MPa。
所述的再沸器（1）液相温度控制为70-90℃。
所述的二氯甲烷冷凝器（5）冷凝后的液体二氯甲烷，回流至超重力耦合膜脱水精馏器（2）与收集至产品储罐（7）的比例为0.5-2.5：1。
所述的超重力耦合膜脱水精馏器（2）的超重力精馏部分上部温度控制38-39℃。
所述的膜管外腔（13）真空度控制10-30mmHg，由真空泵（12）作用实现。
所述的超重力耦合膜脱水精馏器（2）的超重力精馏旋转床采用折流板与不锈钢规整填料交替组装；膜管（3）孔径控制在0.25-0.33nm。
实施例2，将废弃二氯甲烷储罐（10）中的废弃二氯甲烷原料经溶剂泵（11）泵入二氯甲烷冷凝器（5）的壳程与二氯甲烷蒸汽换热，二氯甲烷蒸汽得到冷凝，原料废弃二氯甲烷得到预热，经过二氯甲烷冷凝器（5）预热的废弃二氯甲烷进入水冷凝器（4）的壳程，将从膜管（3）中脱出的水蒸气冷凝，废弃二氯甲烷进一步得到预热，然后进入再沸器（1）；
再沸器（1）中废弃二氯甲烷原料经蒸汽加热，汽化的二氯甲烷蒸汽进入超重力耦合膜脱水精馏器（2）中，从外向内与从上部中心回流的二氯甲烷液体在超重力耦合膜脱水精馏器（2）中逆流接触气液交换，然后二氯甲烷蒸汽向上进入膜管（3）内，液体的水和高沸点杂质返回至再沸器（1）；在真空的压力差作用下，水蒸气从膜管（3）渗透至膜管外腔（13），并进入水冷凝器（4）冷凝为水，收集至废水储罐（8）集中处理；经过膜脱水的二氯甲烷蒸汽进入二氯甲烷冷凝器（5）冷却为液体，液体二氯甲烷分为两部分，一部分二氯甲烷液从超重力耦合膜脱水精馏器（2）的上部中心回流至超重力耦合膜脱水精馏器（2），从内向外与再沸器（1）中出来的二氯甲烷蒸汽逆流接触进行气液交换，形成一个完整的流程；另一部分二氯甲烷液体进入产品储罐（7），所得产品含量大于99.5%，水分含量低于50ppm，循环使用。
所述的再沸器（1）所需蒸汽由蒸汽供应管路（9）供应，蒸汽压力控制0.02-0.04MPa。
所述的再沸器（1）液相温度控制为70-85℃。
所述的二氯甲烷冷凝器（5）冷凝后的液体二氯甲烷，回流至超重力耦合膜脱水精馏器（2）与收集至产品储罐（7）的比例为1-2：1。
所述的超重力耦合膜脱水精馏器（2）的超重力精馏部分上部温度控制38-39℃。
所述的膜管外腔（13）真空度控制15-20mmHg，由真空泵（12）作用实现。
所述的超重力耦合膜脱水精馏器（2）的超重力精馏旋转床采用折流板与不锈钢规整填料交替组装；膜管（3）孔径控制在0.25-0.33nm。
实施例3，将废弃二氯甲烷储罐（10）中的废弃二氯甲烷原料经溶剂泵（11）泵入二氯甲烷冷凝器（5）的壳程与二氯甲烷蒸汽换热，二氯甲烷蒸汽得到冷凝，原料废弃二氯甲烷得到预热，经过二氯甲烷冷凝器（5）预热的废弃二氯甲烷进入水冷凝器（4）的壳程，将从膜管（3）中脱出的水蒸气冷凝，废弃二氯甲烷进一步得到预热，然后进入再沸器（1）；
再沸器（1）中废弃二氯甲烷原料经蒸汽加热，汽化的二氯甲烷蒸汽进入超重力耦合膜脱水精馏器（2）中，从外向内与从上部中心回流的二氯甲烷液体在超重力耦合膜脱水精馏器（2）中逆流接触气液交换，然后二氯甲烷蒸汽向上进入膜管（3）内，液体的水和高沸点杂质返回至再沸器（1）；在真空的压力差作用下，水蒸气从膜管（3）渗透至膜管外腔（13），并进入水冷凝器（4）冷凝为水，收集至废水储罐（8）集中处理；经过膜脱水的二氯甲烷蒸汽进入二氯甲烷冷凝器（5）冷却为液体，液体二氯甲烷分为两部分，一部分二氯甲烷液从超重力耦合膜脱水精馏器（2）的上部中心回流至超重力耦合膜脱水精馏器（2），从内向外与再沸器（1）中出来的二氯甲烷蒸汽逆流接触进行气液交换，形成一个完整的流程；另一部分二氯甲烷液体进入产品储罐（7），所得产品含量99.7%。
所述的再沸器（1）所需蒸汽由蒸汽供应管路（9）供应，蒸汽压力控制0.03MPa。
所述的再沸器（1）液相温度控制为75-80℃。
所述的二氯甲烷冷凝器（5）冷凝后的液体二氯甲烷，回流至超重力耦合膜脱水精馏器（2）与收集至产品储罐（7）的比例为1：1。
所述的超重力耦合膜脱水精馏器（2）的超重力精馏部分上部温度控制39℃。
所述的膜管外腔（13）真空度控制20mmHg，由真空泵（12）作用实现。
所述的超重力耦合膜脱水精馏器（2）的超重力精馏旋转床采用折流板与不锈钢规整填料交替组装；膜管（3）孔径控制在0.25-0.33nm。

Claims (9)

1.一种废弃二氯甲烷超重力耦合膜脱水的精制回收方法，其特征在于，采用超重力耦合膜脱水的精馏方法；
其工艺流程为：原料→一次热交换预热→二次热交换预热→超重力耦合膜脱水精馏→冷凝→产品；
所述的超重力耦合膜脱水精馏工序具体为：进入再沸器(1)中的废弃二氯甲烷原料经蒸汽加热，汽化的二氯甲烷蒸汽进入超重力耦合膜脱水精馏器(2)中，从外向内与从上部中心回流的二氯甲烷液体在超重力耦合膜脱水精馏器(2)中逆流接触气液交换，然后二氯甲烷蒸汽向上进入膜管(3)内，液体的水和高沸点杂质返回至再沸器(1)；在真空的压力差作用下，水蒸气从膜管(3)渗透至膜管外腔(13)，并进入水冷凝器(4)冷凝为水，收集至废水储罐(8)集中处理；经过膜脱水的二氯甲烷蒸汽进入二氯甲烷冷凝器(5)冷却为液体，液体二氯甲烷分为两部分，一部分二氯甲烷液从超重力耦合膜脱水精馏器(2)的上部中心回流至超重力耦合膜脱水精馏器(2)，从内向外与再沸器(1)中出来的二氯甲烷蒸汽逆流接触进行气液交换，形成一个完整的流程；另一部分二氯甲烷液体进入产品储罐(7)。
2.根据权利要求1所述的一种废弃二氯甲烷超重力耦合膜脱水的精制回收方法，其特征在于，所述的一次热交换预热具体为：将废弃二氯甲烷储罐(10)中的废弃二氯甲烷原料经溶剂泵(11)泵入二氯甲烷冷凝器(5)的壳程与二氯甲烷蒸汽换热，二氯甲烷蒸汽得到冷凝，原料废弃二氯甲烷得到预热。
3.根据权利要求2所述的一种废弃二氯甲烷超重力耦合膜脱水的精制回收方法，其特征在于，所述的二次热交换预热具体为：经过二氯甲烷冷凝器(5)预热的废弃二氯甲烷进入水冷凝器(4)的壳程，将从膜管(3)中脱出的水蒸气冷凝，废弃二氯甲烷进一步得到预热，然后进入再沸器(1)。
4.根据权利要求1所述的一种废弃二氯甲烷超重力耦合膜脱水的精制回收方法，其特征在于，所述的再沸器(1)所需蒸汽由蒸汽供应管路(9)供应，蒸汽压力控制0.01-0.05MPa。
5.根据权利要求4所述的一种废弃二氯甲烷超重力耦合膜脱水的精制回收方法，其特征在于，所述的再沸器(1)液相温度控制为70-90℃。
6.根据权利要求5所述的一种废弃二氯甲烷超重力耦合膜脱水的精制回收方法，其特征在于，所述的二氯甲烷冷凝器(5)冷凝后的液体二氯甲烷，回流至超重力耦合膜脱水精馏器(2)与收集至产品储罐(7)的比例为0.5-2.5：1。
7.根据权利要求6所述的一种废弃二氯甲烷超重力耦合膜脱水的精制回收方法，其特征在于，所述的超重力耦合膜脱水精馏器(2)的超重力精馏部分上部温度控制38-39℃。
8.根据权利要求7所述的一种废弃二氯甲烷超重力耦合膜脱水的精制回收方法，其特征在于，所述的膜管外腔(13)真空度控制10-30mmHg，由真空泵(12)作用实现。
9.根据权利要求8所述的一种废弃二氯甲烷超重力耦合膜脱水的精制回收方法，其特征在于，所述的超重力耦合膜脱水精馏器(2)的超重力精馏旋转床采用折流板与不锈钢规整填料交替组装；膜管(3)孔径控制在0.25-0.33nm。
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