CN117603092A - 一种混合溶剂萃取精馏分离乙腈-水共沸物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合溶剂的制备方法，混合溶剂包括氢键供体、氢键受体和无机盐，制备方法包括：将氢键供体、氢键受体和无机盐以一定摩尔比称量配制，加热至温度A混合搅拌直至形成均一透明溶液，并将得到的透明溶液置于温度B下干燥一段时间；本发明还公开了一种混合溶剂萃取精馏分离乙腈‑水共沸物的方法，包括以下步骤：S1、将乙腈‑水混合物原料和萃取剂加入萃取精馏塔，由萃取精馏塔塔顶采出乙腈轻组分，塔釜采出含水和萃取剂的重组分；S2、将S1中含水和萃取剂的重组分引入溶剂回收塔，由溶剂回收塔塔顶采出水，塔釜采出萃取剂，并将所得萃取剂与进入萃取精馏塔的原料进行热交换后引入萃取精馏塔中循环使用，乙腈纯度高。

Description

一种混合溶剂萃取精馏分离乙腈-水共沸物的方法

技术领域

本发明涉及化工分离纯化技术领域，尤其涉及一种混合溶剂萃取精馏分离乙腈-水共沸物的方法。

背景技术

乙腈是一种重要的有机化工原料，可用于制造维生素B1等药物和香料，还可作为脂肪酸和丁二烯的萃取剂、酒精变性剂和丙烯腈合成纤维的溶剂等，广泛的应用于各种有机及无机制造业。在乙腈的制备和回收工艺中，经常会涉及到乙腈的提纯问题。由于乙腈和水互溶，且在常压，温度为76℃，乙腈含量为85wt％的条件下易形成共沸体系，普通精馏无法实现该体系的分离，因此需要使用特殊精馏来达到分离目的。工业中常见的特殊精馏方法有变压精馏、加盐精馏、恒沸精馏、萃取精馏等。在现阶段，萃取精馏被认为是有前景的分离技术，特别是对于乙腈的大规模脱水。

萃取精馏是通过向被分离物系中加入萃取剂，从而改变被分离组分的活度系数，增加组分之间的相对挥发度，达到分离的目的。萃取剂的选择对降低萃取精馏分离过程的能量需求具有深远的影响。因此对于萃取精馏，开发高效、绿色、经济的萃取剂是萃取精馏的研究热点。

对于乙腈水共沸体系，较为常用的萃取剂为有机溶剂(如：乙二醇)、无机盐(如：氯化钙)和离子液体。传统有机溶剂用量大、易挥发、毒性高；无机盐在回收过程中易结晶堵塞管道；离子液体价格昂贵，制备复杂且有毒。低共熔溶剂是一类新型的离子液体，由氢键供体和氢键受体组成。它除了具有离子液体的优点，还合成简单，价格便宜且低毒，采用其作为萃取剂更有优势。无机盐分子体积小，理论上其萃取效果强于离子液体，但由于回收及输入问题难于单独使用。

因此，提出一种混合溶剂萃取精馏分离乙腈-水共沸物的方法，即采用混合溶剂(低共熔溶剂+无机盐)作为新型绿色萃取剂分离乙腈水共沸混合物。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混合溶剂萃取精馏分离乙腈-水共沸物的方法，即采用混合溶剂(低共熔溶剂+无机盐)作为新型绿色萃取剂分离乙腈水共沸混合物。

为实现上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：

一种混合溶剂的制备方法，所述混合溶剂包括氢键供体、氢键受体和无机盐，所述制备方法包括：

将所述氢键供体、氢键受体和无机盐以一定摩尔比称量配制，加热至温度A混合搅拌直至形成均一透明溶液，并将得到的透明溶液置于温度B下干燥一段时间。

进一步地，所述氢键供体包括尿素、乙酰胺、乙二醇、丙三醇、乙醇酸或柠檬酸中的至少一种。

进一步地，所述氢键受体包括四丁基氯化铵、四丁基氯化磷或氯化胆碱中的至少一种。

进一步地，所述无机盐包括氯化锂、氯化钙、氯化镁、碘化钠或氯化亚锡中的至少一种。

进一步地，所述氢键供体、氢键受体与无机盐的摩尔比为1：0.1～1：0.1～1。

进一步地，所述温度A为60～100℃，所述干燥温度B为40℃，干燥时间为72h。

一种混合溶剂萃取精馏分离乙腈-水共沸物的方法，包括以下步骤：

S1、将乙腈-水混合物原料和萃取剂加入萃取精馏塔，由萃取精馏塔塔顶采出乙腈轻组分，塔釜采出含水和萃取剂的重组分；

S2、将S1中含水和萃取剂的重组分引入溶剂回收塔，由溶剂回收塔塔顶采出水，塔釜采出萃取剂，并将所得萃取剂与进入萃取精馏塔的原料进行热交换后引入萃取精馏塔中循环使用。

进一步地，所述萃取精馏塔的塔板数为40～60，乙腈-水混合物从萃取精馏塔第15～35块板处进入萃取精馏塔内，萃取剂从第2～10块塔板处进入萃取精馏塔内；

所述萃取精馏塔的操作条件为常压，溶剂比为0.2～4，回流比0.2～2，塔顶温度为79～84℃，塔釜温度为125～180℃。

进一步地，所述溶剂回收塔的塔板数为8～18，含水和萃取剂的重组分从溶剂回收塔的第7～12块塔板处进入溶剂回收塔内；

所述溶剂回收塔的操作条件为常压，回流比为0.4～4，塔顶温度为80～95℃，塔釜温度为205～210℃。

本发明的有益效果如下：

1、一种混合溶剂的制备方法，本发明采用的混合溶剂(低共熔溶剂+无机盐)具有制备简单、价格便宜、难挥发、低毒性、选择性高、用量少的优点，克服了传统有机溶剂用量大、易挥发、毒性高和离子液体昂贵、制备复杂的缺点。

2、一种混合溶剂萃取精馏分离乙腈-水共沸物的方法，本发明通过采用混合溶剂作为催化剂，具有工艺简单，设备投资少，能耗低，乙腈纯度高，萃取剂易于回收利用等优点。

附图说明

图1为本发明混合溶剂萃取精馏分离乙腈-水共沸物的工艺流程图。

图中标注说明：1、换热器；2、萃取精馏塔；3、第一冷凝器；4、第一釜式再沸器；5、溶剂回收塔；6、第二冷凝器；7、第二釜式再沸器。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语上、下、前、后、左、右、顶、底、内、外等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

一种混合溶剂的制备方法，将氢键受体氯化胆碱、氢键供体尿素及无机盐氯化钙按照摩尔比1：2：0.6比例精准称量后加入圆底烧瓶中，在恒温油浴90℃条件下加热搅拌直至形成均一透明溶液，最后将其置于40℃真空干燥箱中干燥72h待用。

一种混合溶剂萃取精馏分离乙腈-水共沸物的方法，包括以下步骤：

S1、将原料为质量分数85％乙腈-15％水的共沸混合物(2000kg/h)，萃取剂为混合溶剂氯化胆碱-尿素-氯化钙，按图1所示工艺流程加入萃取精馏塔2，由萃取精馏塔2塔顶采出乙腈轻组分，塔釜采出含水和萃取剂的重组分；

S2、将S1中含水和萃取剂的重组分引入溶剂回收塔5，由溶剂回收塔5塔顶采出水，塔釜采出萃取剂，并将所得萃取剂与进入萃取精馏塔2的原料进行热交换后引入萃取精馏塔2中循环使用。

作为本发明的一种可选技术方案：萃取精馏塔2的塔板数为28，乙腈-水混合物从萃取精馏塔2第21块板处进入萃取精馏塔2内，萃取剂从第3块塔板处进入萃取精馏塔2内；

萃取精馏塔2的操作条件为常压(101.325kPa)，溶剂比为0.25，回流比0.9，塔顶温度为79℃，塔釜温度为125℃。

作为本发明的一种可选技术方案：溶剂回收塔5的塔板数为10，含水和萃取剂的重组分从溶剂回收塔5的第4块塔板处进入溶剂回收塔5内；

溶剂回收塔5的操作条件为常压(101.325kPa)，回流比为1，塔顶温度为80℃，塔釜温度为205℃。

本实施例萃取精馏塔2塔顶采出质量分数为99.86％的乙腈，回收率99.8％，塔釜热负荷为698kW。溶剂回收塔5塔顶采出质量分数为99.92％的水，可作为工业用水循环使用或直接排放，塔釜萃取剂循环使用，塔釜热负荷为60kW。

实施例2

一种混合溶剂的制备方法，将氢键受体四丁基氯化铵、氢键供体丙三醇及无机盐氯化锂按照1：3：0.8比例精准称量后加入圆底烧瓶中，在恒温油浴80℃条件下加热搅拌直至形成均一透明溶液，最后将其置于40℃真空干燥箱中干燥72h待用。

一种混合溶剂萃取精馏分离乙腈-水共沸物的方法，包括以下步骤：

S1、将原料为质量分数55％乙腈-45％水的共沸混合物(2000kg/h)，萃取剂为混合溶剂四丁基氯化铵-丙三醇-氯化锂，按图1所示工艺流程加入萃取精馏塔2，由萃取精馏塔2塔顶采出乙腈轻组分，塔釜采出含水和萃取剂的重组分；

S2、将S1中含水和萃取剂的重组分引入溶剂回收塔5，由溶剂回收塔5塔顶采出水，塔釜采出萃取剂，并将所得萃取剂与进入萃取精馏塔2的原料进行热交换后引入萃取精馏塔2中循环使用。

作为本发明的一种可选技术方案：萃取精馏塔2的塔板数为28，乙腈-水混合物从萃取精馏塔2第21块板处进入萃取精馏塔2内，萃取剂从第3块塔板处进入萃取精馏塔2内；

萃取精馏塔2的操作条件为常压(101.325kPa)，溶剂比为0.25，回流比0.9，塔顶温度为82℃，塔釜温度为150℃。

作为本发明的一种可选技术方案：溶剂回收塔5的塔板数为10，含水和萃取剂的重组分从溶剂回收塔5的第4块塔板处进入溶剂回收塔5内；

溶剂回收塔5的操作条件为常压(101.325kPa)，回流比为1，塔顶温度为87℃，塔釜温度为207℃。

本实施例萃取精馏塔2塔顶采出质量分数为99.88％的乙腈，回收率99.82％，塔釜热负荷为779kW。溶剂回收塔5塔顶采出质量分数为99.94％的水，可作为工业用水循环使用或直接排放，塔釜萃取剂循环使用，塔釜热负荷为145kW。

实施例3

一种混合溶剂的制备方法，将氢键受体氯化胆碱、氢键供体乙二醇及无机盐氯化镁按照1：1.5：0.8比例精准称量后加入圆底烧瓶中，在恒温油浴60℃条件下加热搅拌直至形成均一透明溶液，最后将其置于40℃真空干燥箱中干燥72h待用。

一种混合溶剂萃取精馏分离乙腈-水共沸物的方法，包括以下步骤：

S1、将原料为质量分数15％乙腈-85％水的共沸混合物(2000kg/h)，萃取剂为混合溶剂氯化胆碱-乙二醇-氯化镁，按图1所示工艺流程加入萃取精馏塔2，由萃取精馏塔2塔顶采出乙腈轻组分，塔釜采出含水和萃取剂的重组分；

S2、将S1中含水和萃取剂的重组分引入溶剂回收塔5，由溶剂回收塔5塔顶采出水，塔釜采出萃取剂，并将所得萃取剂与进入萃取精馏塔2的原料进行热交换后引入萃取精馏塔2中循环使用。

作为本发明的一种可选技术方案：萃取精馏塔2的塔板数为28，乙腈-水混合物从萃取精馏塔2第21块板处进入萃取精馏塔2内，萃取剂从第3块塔板处进入萃取精馏塔2内；

萃取精馏塔2的操作条件为常压(101.325kPa)，溶剂比为0.25，回流比1.1，塔顶温度为84℃，塔釜温度为180℃。

作为本发明的一种可选技术方案：溶剂回收塔5的塔板数为10，含水和萃取剂的重组分从溶剂回收塔5的第4块塔板处进入溶剂回收塔5内；

溶剂回收塔5的操作条件为常压(101.325kPa)，回流比为1，塔顶温度为98℃，塔釜温度为210℃。

本实施例萃取精馏塔2塔顶采出质量分数为99.91％的乙腈，回收率99.88％，塔釜热负荷为1520kW。溶剂回收塔5塔顶采出质量分数为99.96％的水，可作为工业用水循环使用或直接排放，塔釜萃取剂循环使用，塔釜热负荷为145kW。

对比例1

有机溶剂萃取精馏分离乙腈-水共沸物：

S1、将原料为质量分数85％乙腈-15％水的共沸混合物(2000kg/h)，萃取剂为有机溶剂乙二醇，按图1所示工艺流程加入萃取精馏塔2，由萃取精馏塔2塔顶采出乙腈轻组分，塔釜采出含水和萃取剂的重组分；

S2、将S1中含水和萃取剂的重组分引入溶剂回收塔5，由溶剂回收塔5塔顶采出水，塔釜采出萃取剂，并将所得萃取剂与进入萃取精馏塔2的原料进行热交换后引入萃取精馏塔2中循环使用。

作为本发明的一种可选技术方案：萃取精馏塔2的塔板数为28，乙腈-水混合物从萃取精馏塔2第21块板处进入萃取精馏塔2内，萃取剂从第3块塔板处进入萃取精馏塔2内；

萃取精馏塔2的操作条件为常压(101.325kPa)，溶剂比为1，回流比1.1，塔顶温度为79℃，塔釜温度为125℃。

作为本发明的一种可选技术方案：溶剂回收塔5的塔板数为10，含水和萃取剂的重组分从溶剂回收塔5的第4块塔板处进入溶剂回收塔5内；

溶剂回收塔5的操作条件为常压(101.325kPa)，回流比为1，塔顶温度为80℃，塔釜温度为205℃。

本对比例萃取精馏塔2塔顶采出质量分数为96.62％的乙腈，回收率95.83％，塔釜热负荷为1375kW。溶剂回收塔5塔顶采出质量分数为94.64％的水，塔釜萃取剂循环使用，塔釜热负荷为78kW。

对比例2

离子液体萃取精馏分离乙腈-水共沸物：

S1、将原料为质量分数85％乙腈-15％水的共沸混合物(2000kg/h)，萃取剂为离子液体1-乙基-3-甲基咪唑乙醇酸盐，按图1所示工艺流程加入萃取精馏塔2，由萃取精馏塔2塔顶采出乙腈轻组分，塔釜采出含水和萃取剂的重组分；

S2、将S1中含水和萃取剂的重组分引入溶剂回收塔5，由溶剂回收塔5塔顶采出水，塔釜采出萃取剂，并将所得萃取剂与进入萃取精馏塔2的原料进行热交换后引入萃取精馏塔2中循环使用。

作为本发明的一种可选技术方案：萃取精馏塔2的塔板数为28，乙腈-水混合物从萃取精馏塔2第21块板处进入萃取精馏塔2内，萃取剂从第3块塔板处进入萃取精馏塔2内；

萃取精馏塔2的操作条件为常压(101.325kPa)，溶剂比为0.3，回流比0.8，塔顶温度为79℃，塔釜温度为125℃。

作为本发明的一种可选技术方案：溶剂回收塔5的塔板数为10，含水和萃取剂的重组分从溶剂回收塔5的第4块塔板处进入溶剂回收塔5内；

溶剂回收塔5的操作条件为常压(101.325kPa)，回流比为1，塔顶温度为80℃，塔釜温度为205℃。

本对比例萃取精馏塔2塔顶采出质量分数为98.11％的乙腈，回收率97.28％，塔釜热负荷为713kW。溶剂回收塔5塔顶采出质量分数为97.94％的水，塔釜萃取剂循环使用，塔釜热负荷为73kW。

通过对比可知，采用混合溶剂(低共熔溶剂+无机盐)作为催化剂能够得到高纯度的乙腈。

综上所述：原料进入换热器1，换热器1的出口端与萃取精馏塔2的进口端连通，萃取精馏塔2的出口端分别与第一冷凝器3和第一釜式再沸器4的进口端连通，第一冷凝器3的出口端能够与萃取精馏塔2连通，第一釜式再沸器4的出口端分别与萃取精馏塔2连通和溶剂回收塔5连通，溶剂回收塔5的出口端分别与第二冷凝器6和第二釜式再沸器7的入口端连通，第二冷凝器6的出口端能够与溶剂回收塔5连通，第二釜式再沸器7的出口端与换热器1连通。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种混合溶剂的制备方法，其特征在于：所述混合溶剂包括氢键供体、氢键受体和无机盐，所述制备方法包括：

将所述氢键供体、氢键受体和无机盐以一定摩尔比称量配制，加热至温度A混合搅拌直至形成均一透明溶液，并将得到的透明溶液置于温度B下干燥一段时间。

2.根据权利要求1所述的一种混合溶剂的制备方法，其特征在于：所述氢键供体包括尿素、乙酰胺、乙二醇、丙三醇、乙醇酸或柠檬酸中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种混合溶剂的制备方法，其特征在于：所述氢键受体包括四丁基氯化铵、四丁基氯化磷或氯化胆碱中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种混合溶剂的制备方法，其特征在于：所述无机盐包括氯化锂、氯化钙、氯化镁、碘化钠或氯化亚锡中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种混合溶剂的制备方法，其特征在于：所述氢键供体、氢键受体与无机盐的摩尔比为1：0.1～1：0.1～1。

6.根据权利要求1所述的一种混合溶剂的制备方法，其特征在于：所述温度A为60～100℃，所述干燥温度B为40℃，干燥时间为72h。

7.一种混合溶剂，其特征在于：由权利要求1至6中任一项混合溶剂的制备方法制备得到。

8.一种混合溶剂萃取精馏分离乙腈-水共沸物的方法，其特征在于：由权利要求1至6中任一项制备得到的混合溶剂作为萃取剂，包括以下步骤：

S1、将乙腈-水混合物原料和萃取剂加入萃取精馏塔，由萃取精馏塔塔顶采出乙腈轻组分，塔釜采出含水和萃取剂的重组分；

S2、将S1中含水和萃取剂的重组分引入溶剂回收塔，由溶剂回收塔塔顶采出水，塔釜采出萃取剂，并将所得萃取剂与进入萃取精馏塔的原料进行热交换后引入萃取精馏塔中循环使用。

9.根据权利要求8所述的一种混合溶剂萃取精馏分离乙腈-水共沸物的方法，其特征在于：所述萃取精馏塔的塔板数为28～60，乙腈-水混合物从萃取精馏塔第15～35块板处进入萃取精馏塔内，萃取剂从第2～10块塔板处进入萃取精馏塔内；

所述萃取精馏塔的操作条件为常压，溶剂比为0.2～4，回流比0.2～2，塔顶温度为79～84℃，塔釜温度为125～180℃。

10.根据权利要求8所述的一种混合溶剂萃取精馏分离乙腈-水共沸物的方法，其特征在于：所述溶剂回收塔的塔板数为8～18，含水和萃取剂的重组分从溶剂回收塔的第4～12块塔板处进入溶剂回收塔内；

所述溶剂回收塔的操作条件为常压，回流比为0.4～4，塔顶温度为80～95℃，塔釜温度为205～210℃。