一種採用離子液體萃取精餾分離乙腈-水共沸物系的工藝的製作方法

2023-10-09 22:26:59 1

一種採用離子液體萃取精餾分離乙腈-水共沸物系的工藝的製作方法
【專利摘要】本發明為一種採用離子液體萃取精餾分離乙腈-水共沸物系的工藝，本發明採用的離子液體共沸劑能提高乙腈-水體系中乙腈的相對揮發度，降低溶劑比，並且隨著離子液體質量分數的增加，汽相中乙腈的濃度增大。所述的離子液體陽離子為咪唑陽離子或者吡啶陽離子,陰離子為滷素陰離子、醋酸陰離子、雙三氟甲磺醯亞胺陰離子、六氟磷酸陰離子、磷酸二丁酯陰離子或者三氟甲烷磺酸陰離子。本發明當離子液體的質量分數達到15%~60%時，可使乙腈-水的共沸點消失。當離子液體與乙腈-水的二元共沸物的質量比為1:4時，即可很好地進行萃取精餾，得到大於99%的乙腈，且離子液體綠色環保，可循環利用。
【專利說明】一種採用離子液體萃取精餾分離乙腈-水共沸物系的工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及萃取精餾領域，具體地說，是涉及一種萃取精餾分離乙腈-水共沸物系的離子液體及萃取精餾方法。
【背景技術】
[0002]乙腈是一種常用的工業溶劑，可用於製造維生素BI等藥物和香料，也可用作脂肪酸的萃取劑、酒精變性劑、丁二烯萃取劑和丙烯腈合成纖維的溶劑等。生產出的乙腈純度只有達到99%以上時才能被廣泛使用。
[0003]由於乙腈-水物系是一個完全互溶的二元共沸物系，在I個大氣壓下共沸物溫度為76°C，共沸組成中乙腈含量為85wt%，因此不能採用常規精餾方法進行分離。單純的精餾只能得到含量低於85%的乙腈，不能滿足企業精製乙腈的需要。[0004]傳統的乙腈回收工藝採用氯化鈣脫水法來破壞乙腈與水的共沸組成，但氯化鈣脫水法有不易操作、腐蝕設備、回收操作繁瑣等缺點。目前乙腈-水物系的分離工藝主要有萃取精餾、變壓精餾及鹽效萃取與精餾聯合工藝等。萃取精餾可得到較高純度的乙腈，但萃取劑乙二醇用量較大，且在乙腈的高濃度段相對揮發度較小，分離比較困難；變壓精餾法中減壓塔塔頂溫度低，需要低溫冷源和加壓設備，操作複雜且設備投資較大；在鹽效萃取與精餾聯合工藝中，利用鹽效應使乙腈-水物系產生分相，使有機相中乙腈含量超過常壓共沸組成，與精餾相結合實現乙腈-水物系的分離，但鹽在回收過程中易結晶，會堵塞管道。
[0005]綜上訴述，現有工藝存在著各種問題，所以尋找一種易於分離、操作便捷、綠色環保的分離劑成為當務之急。

【發明內容】

[0006]本發明的目的為針對當前技術中乙腈？水二元共沸物系使用普通的分離方法效果不佳的問題，提供了一種可用於萃取精餾乙腈-水共沸物系的離子液體及萃取精餾方法，該方法實用離子液體為共沸劑，可提高二者之間的相對揮發度，提高分離效率，得到純度較高的乙腈，且離子液體綠色環保，可循環利用。
[0007]本發明的技術方案為:
[0008]一種採用離子液體萃取精餾分離乙腈-水共沸物系的工藝，包括以下步驟:
[0009]I)將離子液體常溫下由第5塊板注入萃取精餾塔，同時乙腈-水共沸混合物在常溫下由第18-30塊板進入，塔頂上升蒸汽經第一冷凝器冷凝，操作回流比為1-3，回流液由萃取精餾塔的塔頂回流，採出液為質量分數大於99%的乙腈；萃取精餾塔的塔釜為離子液體和水的混合物，回流液經第一再沸器於135-145?再沸後回流，其餘進入離子液體回收塔；其中，所述的萃取精餾塔的塔板數為35-50，萃取精餾塔塔頂溫度為70-90°C，塔底溫度為130-140°C ;其中，質量比為離子液體:乙腈-水混合物=1:1-6 ；
[0010]2)由上一步驟得到的離子液體和水的混合物(130-140°c )由離子液體回收塔的第12-18塊板進入，塔頂上升水蒸氣經第二冷凝器冷凝，操作回流比為1-2.5，塔頂採出液為質量分數大於99.9%的水，可直接排放或作為工業用水循環使用，回流液由離子液體回收塔的塔頂回流；離子液體回收塔的塔釜為含有質量分數2-5%水的離子液體，回流液經第二再沸器於135-145°C再沸後，返回回收塔，其餘流入萃取精餾塔I的第5塊塔板，循環使用；其中，離子液體回收塔塔頂溫度90-110°C，塔底溫度為130-140°C，所述的回收塔的塔板數為20-35，採用減壓精餾，操作壓力為絕對壓力0.2-0.3atm。
[0011]所述的離子液體陽離子為咪唑陽離子或者吡啶陽離子，陰離子為滷素陰離子、醋酸陰離子、雙三氟甲磺醯亞胺陰離子、六氟磷酸陰離子、磷酸二丁酯陰離子或者三氟甲烷磺酸陰離子。可優選為1-丁基-4-甲基吡啶醋酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯鹽、1-乙基_2，3- 二甲基咪唑溴鹽、N- 丁基-4-甲基吡啶雙三氟甲磺醯亞胺鹽、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸鹽。
[0012]所述方法中乙腈和水可為任意比例。
[0013]所述的乙腈-水混合物物料中兩種成分質量比優選為乙腈:水=20-90:80-10。
[0014]本發明的有益效果為:所述離子液體能提高乙腈-水體系中乙腈的相對揮發度，降低溶劑比，並且隨著離子液體質量分數的增加，汽相中乙腈的濃度增大。當離子液體的質量分數達到15%~60%時，可使乙腈-水的共沸點消失。由應用實例可知，當離子液體與乙腈-水的二元共沸物的質量比為1:4時，即可很好地進行萃取精餾，得到大於99%的乙腈，而使用乙二醇時的溶劑比為1:1或者1:2。對於乙腈-水體系，離子液體與水有較好的互溶性，可通過 化學親和力、氫鍵力等與水作用，提高乙腈相對於水的揮發度。若從極性的角度考慮，乙腈分子極性遠小於水分子，離子液體極性較強，離子液體-水分子間的相互作用遠大於離子液體-乙腈分子的作用，從而使乙腈的相對揮發度提高，降低了溶劑比。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1:本發明所述的萃取精餾分離乙腈-水共沸物系的流程示意圖。
[0016]附圖標記說明
[0017]I萃取精餾塔，2第一再沸器，3第一冷凝器，4離子液體回收塔，5第二再沸器，6第
二冷凝器。
【具體實施方式】
[0018]本發明參照附圖1詳細說明如下，但僅作說明並不限制本發明。
[0019]本發明提供的萃取精餾分離乙腈-水共沸物系的方法包括的步驟詳細描述如下:
[0020]I)取精餾塔I的實際板數為45，操作壓力為101.325Kpa，離子液體常溫下(20-30 0C)由第5塊板進入，質量分數為85%的乙腈-15%的水的共沸混合物在常溫(20-300C)由第30塊板進入，塔頂上升蒸汽經第一冷凝器3冷凝，操作回流比為1-3，回流液由萃取精餾塔I的塔頂回流，採出液為質量分數大於99%的乙腈；萃取精餾塔I塔釜為離子液體和水的混合物，回流液經第一再沸器2於135-145?再沸後回流，其餘進入離子液體回收塔4 ;其中，萃取精餾塔塔頂溫度為70-90°C，塔底溫度為130-140°C ;質量比為離子液體:乙腈-水混合物=1:1-6 ；
[0021]2)離子液體回收塔4的實際板數為30，採取減壓精餾，絕壓為0.2-0.3atm,由上一步驟得到的離子液體和水的混合物(130-140°C)由第18塊板進入，塔頂上升水蒸氣由第二冷凝器6冷凝，操作回流比為1-2.5，塔頂採出液為質量分數大於99.9%的水，可直接排放或作為工業用水循環使用。離子液體回收塔4塔釜為含有質量分數2-5%水的離子液體，回流液經第二再沸器5於135-145?再沸後，返回回收塔4，其餘流入萃取精餾塔I的第5塊塔板，循環使用；其中，回收塔塔頂溫度90-11 (TC，塔底溫度為130-140°C，
[0022]所述的離子液體具體為1- 丁基-4-甲基吡啶醋酸鹽、1- 丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯鹽、1-乙基_2，3- 二甲基咪唑溴鹽、N- 丁基-4-甲基吡啶雙三氟甲磺醯亞胺鹽、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸鹽。
[0023]應用實例1:萃取精餾塔I的實際板數為45，操作壓力為101.325Kpa，操作回流比為1，塔頂溫度控制在80°C左右，塔釜溫度為135-136°C，25°C的離子液體1_ 丁基_4_甲基吡啶醋酸鹽由第5塊板進入，250C的質量分數為85%的乙腈-15%的水的共沸混合物由第30塊板以3000kg/h的流量進入，控制離子液體與乙腈-水的質量比為1: 4，塔頂上升蒸汽由第一冷凝器3冷凝。回流液由萃取精餾塔I的塔頂回流，採出液為質量分數99.86%的乙腈。萃取精餾塔I塔釜為1- 丁基-4-甲基吡啶醋酸鹽和水的混合物，回流液經第一再沸器2於135-140°C再沸後回流，其餘由第18塊板進入離子液體回收塔4。離子液體回收塔4的實際板數為30，採取減壓精餾，絕壓為0.2-0.3atm,回收塔4塔頂上升水蒸氣由第二冷凝器6冷凝，操作回流比為1，塔頂採出液為質量分數99.9%的水。離子液體回收塔4塔釜為含有
2.27% (質量分數)水的1- 丁基-4-甲基吡啶醋酸鹽，回流液經第二再沸器5於140-145°C再沸後，返回回收塔4，其餘流入萃取精餾塔I的第5塊塔板，循環使用。
[0024]以上流股濃度均為氣相色譜分析結果。
[0025]本發明涉及的萃取精餾塔和離子液體回收塔均為普通精餾塔。
[0026]流股9中1- 丁基-4-甲基吡啶醋酸鹽的質量分數為97.73%，能保證離子液體的循環利用，乙腈的濃度為99.86%，乙腈的收率為99.1%，離子液體回收塔4塔釜中的水的質量分數為99.9%，可直接排放或作為工業用水循環使用。
[0027]應用實例2:萃取精餾塔I的實際板數為45，操作壓力為101.325Kpa，操作回流比為1，塔頂溫度控制在80°C左右，塔釜溫度為135-136°C，25°C的離子液體1_ 丁基_3_甲基咪唑磷酸二丁酯鹽由第5塊板進入，250C的質量分數為80%的乙腈-20%的水的混合物由第30塊板以3000kg/h的流量進入，控制離子液體與乙腈-水的質量比為1:4，塔頂上升蒸汽由第一冷凝器3冷凝。回流液由萃取精餾塔的塔頂回流，採出液為質量分數99.91%的乙腈。萃取精餾塔I塔釜為1- 丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯鹽和水的混合物，回流液經第一再沸器2於135-140°C再沸後回流，其餘由第18塊板進入離子液體回收塔4。回收塔4塔頂上升水蒸氣由第二冷凝器6冷凝，操作回流比為1，塔頂採出液為質量分數99.9%的水。離子液體回收塔4塔釜為含有2.39% (質量分數)水的1- 丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯鹽，部分經第二再沸器5於140-145°C再沸後，返回回收塔4，其餘流入萃取精餾塔I的第5塊塔板，循環使用。
[0028]以上流股濃度均為氣相色譜分析結果。
[0029]流股9中1- 丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯鹽的質量分數為97.61%，能保證離子液體的循環利用，乙腈的濃度為99.91%，乙腈的收率為99.3%，離子液體回收塔4塔釜中的水的質量分數為99.9%，可直接排放或作為工業用水循環使用。
[0030] 應用實例3:萃取精餾塔I的實際板數為45，操作壓力為101.325Kpa，操作回流比為1，塔頂溫度控制在80°c左右，塔釜溫度為135-136°C，25°C的離子液體1-乙基_2，3-二甲基咪唑溴鹽由第5塊板進入，25°C的質量分數為90%的乙腈-10%的水的混合物由第30塊板以3000kg/h的流量進入，控制離子液體與乙腈-水的質量比為1:4，塔頂上升蒸汽由第一冷凝器3冷凝。回流液由萃取精餾塔I的塔頂回流，採出液為質量分數99.89%的乙腈。萃取精餾塔I塔釜為1-乙基_2，3- 二甲基咪唑溴鹽和水的混合物，回流液經第一再沸器2於135-140°C再沸後回流，其餘由第18塊板進入離子液體回收塔4。回收塔4塔頂上升水蒸氣由第二冷凝器6冷凝，操作回流比為1，塔頂採出液為質量分數99.9%的水。離子液體回收塔4塔釜為含有2.31% (質量分數)水的1-乙基_2，3-二甲基咪唑溴鹽，部分經第二再沸器5於140-145°C再沸後，返回回收塔4，其餘流入萃取精餾塔I的第5塊塔板，循環使用。
[0031] 以上流股濃度均為氣相色譜分析結果。
[0032]流股9中1-乙基-2，3- 二甲基咪唑溴鹽的質量分數為97.69%，能保證離子液體的循環利用，乙腈的濃度為99.89%，乙腈的收率為99.1%，離子液體回收塔4塔釜中的水的質量分數為99.9%，可直接排放或作為工業用水循環使用。
[0033]應用實例4:萃取精餾塔I的實際板數為45，操作壓力為101.325Kpa，操作回流比為1，塔頂溫度控制在80°C左右，塔釜溫度為135-136°C，25°C的離子液體N-丁基-4-甲基吡啶雙三氟甲磺醯亞胺鹽由第5塊板進入，25°C的質量分數為75%的乙腈-25%的水的混合物由第30塊板以3000kg/h的流量進入，控制離子液體與乙腈-水的質量比為1:4，塔頂上升蒸汽由第一冷凝器3冷凝。回流液由萃取精餾塔I的塔頂回流，採出液為質量分數99.79%的乙腈。萃取精餾塔I塔釜為N- 丁基-4-甲基吡啶雙三氟甲磺醯亞胺鹽和水的混合物，回流液經第一再沸器2於135-140°C再沸後回流，其餘由第18塊板進入離子液體回收塔4。回收塔4塔頂上升水蒸氣由第二冷凝器6冷凝，操作回流比為1，塔頂採出液為質量分數99.9%的水。離子液體回收塔4塔釜為含有2.43% (質量分數)水的N- 丁基-4-甲基吡啶雙三氟甲磺醯亞胺鹽，部分經第二再沸器5於140-145°C再沸後，返回回收塔4，其餘流入萃取精餾塔I的第5塊塔板，循環使用。
[0034]以上流股濃度均為氣相色譜分析結果。
[0035]流股9中N- 丁基-4-甲基吡啶雙三氟甲磺醯亞胺鹽的質量分數為97.57%，能保證離子液體的循環利用，乙腈的濃度為99.79%，乙腈的收率為99.2%，離子液體回收塔4塔釜中的水的質量分數為99.9%，可直接排放或作為工業用水循環使用。
[0036]應用實例5:萃取精餾塔I的實際板數為45，操作壓力為101.325Kpa，操作回流比為1，塔頂溫度控制在80°C左右，塔釜溫度為135-136°C，25°C的離子液體1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸鹽由第5塊板進入，25°C的質量分數為85%的乙腈-15%的水的共沸混合物由第30塊板以3000kg/h的流量進入，控制離子液體與乙腈-水的質量比為1:4，塔頂上升蒸汽由第一冷凝器3冷凝。回流液由萃取精餾塔I的塔頂回流，採出液為質量分數99.75%的乙腈。萃取精餾塔I塔釜為1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸鹽和水的混合物，回流液經第一再沸器2於135-140°C再沸後回流，其餘由第18塊板進入離子液體回收塔4。回收塔4塔頂上升水蒸氣由第二冷凝器6冷凝，操作回流比為1，塔頂採出液為質量分數99.9%的水。離子液體回收塔4塔釜為含有2.35% (質量分數)水的1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸鹽，部分經第二再沸器5於140-145°C再沸後，返回回收塔4，其餘流入萃取精餾塔I的第5塊塔板，循環使用。
[0037]以上流股濃度均為氣相色譜分析結果。
[0038]流股9中1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸鹽的質量分數為97.65%，能保證離子液體的循環利用，乙腈的濃度為99.75%，乙腈的收率為99.1%，離子液體回收塔4塔釜中的水的質量分數為99.9%，可直接排放或作為工業用水循環使用。
[0039]本發明未述事 宜為公知技術。
【權利要求】
1.一種採用離子液體萃取精餾分離乙腈-水共沸物系的工藝，其特徵為包括以下步驟: O將離子液體常溫下由第5塊板注入萃取精餾塔，同時乙腈-水共沸混合物在常溫下由第18-30塊板進入，塔頂上升蒸汽經第一冷凝器冷凝，操作回流比為1-3，回流液由萃取精餾塔的塔頂回流，採出液為質量分數大於99%的乙腈；萃取精餾塔的塔釜為離子液體和水的混合物，回流液經第一再沸器於135-145?再沸後回流，其餘進入離子液體回收塔；其中，所述的萃取精餾塔的塔板數為35-50，萃取精餾塔塔頂溫度為70-90°C，塔底溫度為130-1400C;其中，質量比為離子液體:乙腈-水混合物=1: 1-6 ;所述方法中乙腈和水可為任意比例； 2)由上一步驟得到的離子液體和水的混合物(130-140°C)由離子液體回收塔的第12-18塊板進入，塔頂上升水蒸氣經第二冷凝器冷凝，操作回流比為1-2.5，塔頂採出液為質量分數大於99.9%的水，可直接排放或作為工業用水循環使用，回流液由離子液體回收塔的塔頂回流；離子液體回收塔的塔釜為含有質量分數2-5%水的離子液體，經第二再沸器於135-145°C再沸後，返回回收塔，其餘流入萃取精餾塔上部，循環使用；其中，離子液體回收塔塔頂溫度90-110°C，塔底溫度為130-140°C，所述的回收塔的塔板數為20-35，採用減壓精餾，操作壓力為絕對壓力0.2-0.3atm ； 所述的離子液體陽離子為咪唑陽離子或者吡啶陽離子，陰離子為滷素陰離子、醋酸陰離子、雙三氟甲磺醯亞胺陰離子、六氟磷酸陰離子、磷酸二丁酯陰離子或者三氟甲烷磺酸陰離子。
2.如權利要求1所述的採用離子液體萃取精餾分離乙腈-水共沸物系的工藝，其特徵為所述的離子液體優選為1-丁基-4-甲基吡啶醋酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯鹽、1-乙基_2，3-二甲基咪唑溴鹽、N-丁基-4-甲基吡啶雙三氟甲磺醯亞胺鹽、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸鹽。
3.如權利要求1所述的採用離子液體萃取精餾分離乙腈-水共沸物系的工藝，其特徵為所述的乙腈-水混合物物料中兩種成分質量比優選為乙腈:水=20-90:80-10。
【文檔編號】B01D3/40GK103922963SQ201410154319
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月17日 優先權日:2014年4月17日
【發明者】方靜, 李春利, 趙蕊, 王洪海, 劉婧, 餘迎新 申請人:河北工業大學