專利名稱：乙腈-甲醇共沸混合物的間歇萃取精餾裝置和分離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種乙腈-甲醇共沸混合物的間歇萃取精餾裝置和分離方法。
背景技術(shù)：
乙腈，甲醇是兩種重要的有機溶劑，在化工、制藥等領(lǐng)域廣泛使用。但兩者在常壓 下形成共沸物，共沸組成為含甲醇79% -80% (wt)，共沸溫度為63. 4-63. 7°C，因此應(yīng)用普 通精餾方法難以對其進行有效的分離。目前，乙腈-甲醇共沸混合物分離方法主要是變壓精餾的方法。中國專利 CN101134736A提出用變壓精餾分離乙腈-甲醇共沸混合物。但是變壓精餾設(shè)備成本高，而 且減壓塔塔釜溫度過低，因此能耗巨大。萃取精餾是處理含有共沸組成等難分離物系的有效方法。它是在精餾過程中加入 一種溶劑，溶劑分子與物系中各組分分子的作用不同，改變了組分間的相對揮發(fā)度，使其向 著有利于精餾分離的方向增大，從而使具有恒沸點的組分得到有效分離。萃取精餾兼有精 餾和萃取之優(yōu)點，能分離單純精餾和萃取無法分離的物系。加入的溶劑無論與被分離物系 組分是否形成均相，只要能改變組分間的相對揮發(fā)度，不與被分離物系組分形成新的恒沸 物，就可以達(dá)到良好的分離效果。萃取精餾是靠加入溶劑來改變難分離物系組分間的相對揮發(fā)度，因而溶劑的選擇 對萃取精餾至關(guān)重要。對于萃取精餾，選擇一種適用的溶劑應(yīng)遵循以下原則1)萃取精餾的溶劑具有盡可能大的選擇性，即加入后能有效地使原組分的相對揮 發(fā)度向分離要求方向轉(zhuǎn)變；2)萃取精餾溶劑具有較好的溶解性，能與原物系充分混合，以保證足夠小的溶劑 比和精餾塔板效率；3)萃取精餾溶劑不能與被分離組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；4)萃取精餾溶劑應(yīng)具有較強的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性5)萃取精餾溶劑應(yīng)具有較低的比熱和蒸發(fā)潛熱，降低精餾中的能耗；6)萃取糟餾溶劑應(yīng)具有較小的摩爾體積，減小塔釜體積和塔體持液量；7)萃取精餾溶劑粘度不宜太大，便于物料的輸送，達(dá)到良好的傳質(zhì)、傳熱效率；8)萃取精餾溶劑應(yīng)盡可能無毒、無腐蝕性，利于環(huán)保，且價格經(jīng)濟容易得到。具體來說萃取劑的選擇方法一般根據(jù)極性選擇萃取劑?？紤]被分離組分的極性，選擇在極性上更類似于關(guān)鍵組分的化合物作溶劑，能有 效地增加組分的相對揮發(fā)度。根據(jù)相似相溶原理，也就是說極性物質(zhì)溶于極性物質(zhì)，非極性 物質(zhì)溶于非極性物質(zhì)的規(guī)律，選擇在極性上更類似于關(guān)鍵組分的化合物作萃取劑。化合物 的極性決定于分子中所含的官能團及分子結(jié)構(gòu)。各類化合物的極性按下列次序增加-CH3
<-CH2- < -CH = < -C = < -O-R < -NO2 < -N (R) 2 < -OCOR < -CHO < -COR < -NH2 < -OH
<-COOH < -SO3H。常用溶劑的極性順序水> 甲酰胺> 乙腈> 甲醇> 乙醇>丙醇>丙酮>四氫呋喃>甲乙酮>正丁醇>乙酸乙酯>乙醚>異丙醚>二氯甲烷>氯仿>溴乙烷>苯>四氯化 碳>二硫化碳>環(huán)己烷>正己烷>煤油在乙腈-甲醇共沸混合物中，甲醇的極性強，乙腈相對極性較弱，因此所選的萃取 劑應(yīng)該是極性接近乙腈的溶劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供乙腈-甲醇共沸混合物的間歇萃取精餾裝置和分離方法，以 該方法分離出來的乙腈、甲醇的產(chǎn)品純度高，而且工藝流程短、設(shè)備投資少、操作方法簡便、 易于控制，適用于以任意比例混合的乙腈-甲醇混合物。用萃取精餾來替代變壓精餾，一方 面降低設(shè)備成本，同時另一方面有效的降低能耗。本發(fā)明提供的乙腈-甲醇共沸混合物的間歇萃取精餾裝置包括電加熱套，塔釜， 測溫?zé)犭娕迹腿【s塔，冷凝器，高位槽，產(chǎn)品收集罐，轉(zhuǎn)子流量計，U型壓差計。該裝置萃取精餾塔外包保溫棉保溫；塔釜分別連接萃取精餾塔、U型壓差計和測 溫?zé)犭娕?；熱源為電加熱套，外包在塔釜外面，可以通過調(diào)節(jié)電壓來調(diào)整加熱功率；萃取精 餾塔上部連接冷凝器，冷凝器側(cè)面附塔頂取樣口，冷卻介質(zhì)為自來水，通入冷凝器；塔身側(cè) 面萃取劑加料口通過轉(zhuǎn)子流量計連接高位槽萃取劑從高位槽流入塔內(nèi)，由轉(zhuǎn)子流量計和閥 門控制流速，有萃取劑流過的塔段為萃取精餾段，上面無萃取劑流過的為精餾段；冷凝器下 端通過閥門連接產(chǎn)品收集罐；采出的物料通過閥門進入不同接收瓶。所述的萃取精餾塔的參數(shù)為塔柱直徑30mm，上半部塔的有效填料塔高度為 200cm,內(nèi)裝3mm X 3mm的高效不銹鋼θ環(huán)填料；塔釜為1500ml。所述的萃取精餾塔的理論板數(shù)至少為40。本發(fā)明提供的乙腈-甲醇共沸混合物的間歇萃取精餾分離方法是通過以下步驟1)在萃取精餾塔中進行萃取精餾，理論塔板數(shù)至少為40，將甲醇含量為75%乙 腈-甲醇混合液加入塔釜，量取一定體積的萃取劑N，N-二甲基甲酰胺并加入到高位槽中；2)未加萃取劑下的全回流操作塔頂冷凝器通入冷卻水，塔釜進行加熱，待塔釜 內(nèi)液體開始沸騰時，再緩慢的提高加熱入功率。維持正常的操作狀態(tài)。全回流操作，直到全 塔處于穩(wěn)定狀態(tài)，保持塔頂塔底壓降在300Pa，繼續(xù)全回流lh。3)加萃取劑下的全回流操作待步驟(2)全回流穩(wěn)定后，向塔內(nèi)以溶劑比1 1， 2 1，3 1加入萃取劑N，N-二甲基甲酰胺，全回流操作lh。以降低塔頂餾分中重組分 (乙腈)的含量。4)恒定回流比下的產(chǎn)品采出操作當(dāng)塔頂溫度穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)回流比控制器，以回 流比2-4采出餾分，塔頂甲醇濃度為99 %以上。5)溶劑回收操作當(dāng)塔頂餾分濃度低于95%時，停止加入溶劑，進行間歇精餾操 作，從塔頂采出過渡餾分和重組分，重組分的濃度為99%以上。最終塔釜富集溶劑N，N-二 甲基甲酰胺，以回收利用。本發(fā)明適用于以任意比例混合的乙腈-甲醇混合物，特別是共沸組成下的混合 物。本發(fā)明的優(yōu)點在于甲醇產(chǎn)品與乙腈產(chǎn)品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均可達(dá)到99%以上，工藝流 程短、設(shè)備投資少、操作方法簡便、易于控制，適用于以任意比例混合的乙腈-甲醇混合物。用萃取精餾來替代變壓精餾，一方面降低設(shè)備成本，同時另一方面有效的降低能耗。


圖1為本發(fā)明實驗裝置示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明結(jié)合附圖詳細(xì)描述如下如圖所示，圖中1-電加熱套；2-塔釜；3、6_測溫?zé)犭娕迹?-外包保溫棉的萃取 精餾段；5-外包保溫棉的精餾段；7-塔頂取樣口 ；8-冷凝器；9-高位槽；10-產(chǎn)品收集罐； 11-轉(zhuǎn)子流量計；12-萃取劑加料口 ；13-U型壓差計。該裝置萃取精餾塔外包保溫棉保溫；塔釜2分別連接外包保溫棉的萃取精餾段4、 U型壓差計13和測溫?zé)犭娕? ；熱源為電加熱套1，外包在塔釜2外面，可以通過調(diào)節(jié)電壓 來調(diào)整加熱功率；外包保溫棉的萃取精餾段4上部連接外包保溫棉的精餾段5，其上部連接 冷凝器8，冷凝器8側(cè)面附塔頂取樣口 7，冷卻介質(zhì)為自來水，通入冷凝器8 ；塔身側(cè)面萃取 劑加料口 12通過轉(zhuǎn)子流量計11連接高位槽9萃取劑從高位槽流入塔內(nèi)，由轉(zhuǎn)子流量計11 和閥門控制流速，有萃取劑流過的塔段為萃取精餾段，上面無萃取劑流過的為精餾段；冷凝 器下端通過閥門連接產(chǎn)品收集罐10 ；采出的物料通過閥門進入不同接收瓶。實施例1如圖1所示的裝置圖。按圖1安裝萃取精餾塔，有效填料塔高度為200cm，將甲醇 含量為75%乙腈-甲醇混合液IOOOml加入塔釜，量取IOOOml萃取劑N，N-二甲基甲酰胺加 入到高位槽中；進行未加萃取劑下的全回流操作塔頂冷凝器通入冷卻水，塔釜進行加熱， 待塔釜內(nèi)液體開始沸騰時，再緩慢的提高加熱入功率。維持正常的操作狀態(tài)。全回流操作， 直到全塔處于穩(wěn)定狀態(tài)，保持塔頂塔底壓降在300Pa，繼續(xù)全回流lh。加萃取劑下的全回流 操作待全回流穩(wěn)定后，向塔內(nèi)以溶劑比1 1加入萃取劑N，N-二甲基甲酰胺，全回流操作 lh。以降低塔頂餾分中重組分(乙腈)的含量。恒定回流比下的產(chǎn)品采出操作當(dāng)塔頂溫 度穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)回流比控制器，以回流比2采出餾分，塔頂甲醇濃度為99%以上。溶劑回收 操作當(dāng)塔頂餾分濃度低于95%時，停止加入溶劑，進行間歇精餾操作，從塔頂采出過渡餾 分和重組分，重組分的濃度為99%以上。最終塔釜富集溶劑N，N-二甲基甲酰胺，以回收利 用。實施例2如圖1所示的裝置圖。按圖1安裝萃取精餾塔，有效填料塔高度為200cm，將甲醇 含量為75%乙腈-甲醇混合液IOOOml加入塔釜，量取IOOOml萃取劑N，N-二甲基甲酰胺加 入到高位槽中；進行未加萃取劑下的全回流操作塔頂冷凝器通入冷卻水，塔釜進行加熱， 待塔釜內(nèi)液體開始沸騰時，再緩慢的提高加熱入功率。維持正常的操作狀態(tài)。全回流操作， 直到全塔處于穩(wěn)定狀態(tài)，保持塔頂塔底壓降在300Pa，繼續(xù)全回流lh。加萃取劑下的全回流 操作待全回流穩(wěn)定后，向塔內(nèi)以溶劑比2 1加入萃取劑N，N-二甲基甲酰胺，全回流操作 lh。以降低塔頂餾分中重組分(乙腈)的含量。恒定回流比下的產(chǎn)品采出操作當(dāng)塔頂溫 度穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)回流比控制器，以回流比3采出餾分，塔頂甲醇濃度為99. 5%以上。溶劑回 收操作當(dāng)塔頂餾分濃度低于95%時，停止加入溶劑，進行間歇精餾操作，從塔頂采出過渡餾分和重組分，重組分的濃度為99. 5%以上。最終塔釜富集溶劑N，N-二甲基甲酰胺，以回 收利用。實施例3如圖1所示的裝置圖。按圖1安裝萃取精餾塔，有效填料塔高度為200cm，將甲醇 含量為75%乙腈-甲醇混合液IOOOml加入塔釜，量取IOOOml萃取劑N，N-二甲基甲酰胺加 入到高位槽中；進行未加萃取劑下的全回流操作塔頂冷凝器通入冷卻水，塔釜進行加熱， 待塔釜內(nèi)液體開始沸騰時，再緩慢的提高加熱入功率。維持正常的操作狀態(tài)。全回流操作， 直到全塔處于穩(wěn)定狀態(tài)，保持塔頂塔底壓降在300Pa，繼續(xù)全回流lh。加萃取劑下的全回流 操作待全回流穩(wěn)定后，向塔內(nèi)以溶劑比3 1加入萃取劑N，N-二甲基甲酰胺，全回流操作 lh。以降低塔頂餾分中重組分(乙腈)的含量。恒定回流比下的產(chǎn)品采出操作當(dāng)塔頂溫 度穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)回流比控制器，以回流比4采出餾分，塔頂甲醇濃度為99. 5%以上。溶劑回 收操作當(dāng)塔頂餾分濃度低于95%時，停止加入溶劑，進行間歇精餾操作，從塔頂采出過渡 餾分和重組分，重組分的濃度為99. 5%以上。最終塔釜富集溶劑N，N-二甲基甲酰胺，以回 收利用。
權(quán)利要求
1.一種乙腈-甲醇共沸混合物的間歇萃取精餾裝置，其特征在于包括電加熱套，塔 釜，測溫?zé)犭娕?，萃取精餾塔，冷凝器，高位槽，產(chǎn)品收集罐，轉(zhuǎn)子流量計，U型壓差計；萃取精餾塔外包保溫棉保溫；塔釜分別連接萃取精餾塔、U型壓差計和測溫?zé)犭娕?；?源為電加熱套，外包在塔釜外面；萃取精餾塔上部連接冷凝器，冷凝器側(cè)面附塔頂取樣口， 冷卻介質(zhì)為自來水，通入冷凝器；塔身側(cè)面萃取劑加料口通過轉(zhuǎn)子流量計連接高位槽萃取 劑從高位槽流入塔內(nèi)，由轉(zhuǎn)子流量計和閥門控制流速，有萃取劑流過的塔段為萃取精餾段， 上面無萃取劑流過的為精餾段；冷凝器下端通過閥門連接產(chǎn)品收集罐。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的萃取精餾塔的參數(shù)為塔柱直徑 30mm，上半部塔的有效填料塔高度為200cm，內(nèi)裝3mmX 3mm的高效不銹鋼θ環(huán)填料；塔釜 為 1500ml ο
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的萃取精餾塔的理論板數(shù)至少為40。
4.一種權(quán)利要求1所述的乙腈-甲醇共沸混合物的間歇萃取精餾裝置的分離方法，其 特征在于是通過以下步驟1)在萃取精餾塔中進行萃取精餾，將甲醇含量為75%乙腈-甲醇混合液加入塔釜，萃 取劑N，N- 二甲基甲酰胺并加入到高位槽中；2)未加萃取劑下的全回流操作塔頂冷凝器通入冷卻水，塔釜進行加熱，待塔釜內(nèi)液 體開始沸騰時，再緩慢的提高加熱入功率。維持正常的操作狀態(tài)，全回流操作，直到全塔處 于穩(wěn)定狀態(tài)，保持塔頂塔底壓降在300Pa，繼續(xù)全回流Ih ；3)加萃取劑下的全回流操作待步驟2)全回流穩(wěn)定后，向塔內(nèi)以溶劑比1 1，2 1， 3 1加入萃取劑N，N-二甲基甲酰胺，全回流操作Ih;4)恒定回流比下的產(chǎn)品采出操作當(dāng)塔頂溫度穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)回流比控制器，以回流比 2-4采出餾分，塔頂甲醇濃度為99 %以上；5)溶劑回收操作當(dāng)塔頂餾分濃度低于95%時，停止加入溶劑，進行間歇精餾操作，從 塔頂采出過渡餾分和重組分，重組分的濃度為99%以上，最終塔釜富集溶劑N，N-二甲基甲 酰胺，以回收利用。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述的萃取精餾塔的塔頂操作壓力為 lOOkPa。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述的萃取精餾塔的塔頂塔底壓降穩(wěn)定在 300Pao
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述的全回流時間1小時。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述的塔頂冷凝液溫度在63°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種乙腈-甲醇共沸混合物的間歇萃取精餾裝置和分離方法。裝置包括電加熱套，塔釜，測溫?zé)犭娕?，萃取精餾塔，冷凝器，高位槽，產(chǎn)品收集罐，轉(zhuǎn)子流量計，U型壓差計。該方法是經(jīng)過在萃取精餾塔中進行萃取精餾，未加萃取劑下的全回流操作，加萃取劑下的全回流操作，恒定回流比下的產(chǎn)品采出操作和溶劑回收操作。本發(fā)明分離出來的乙腈、甲醇的產(chǎn)品純度高，而且工藝流程短、設(shè)備投資少、操作方法簡便、易于控制，適用于以任意比例混合的乙腈-甲醇混合物。用萃取精餾來替代變壓精餾，一方面降低設(shè)備成本，同時另一方面有效的降低能耗。
文檔編號B01D3/40GK102068831SQ201010589360
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者于洋, 張錦威, 白鵬, 肖穎 申請人:天津大學(xué)