N‑乙烯基吡咯烷酮生產過程中2‑吡咯烷酮的回收方法與流程

2023-10-28 00:23:11

本發明涉及N-乙烯基吡咯烷酮，尤其是涉及一種N-乙烯基吡咯烷酮生產過程中2-吡咯烷酮的回收方法。

背景技術：

N-乙烯基吡咯烷酮的聚合物廣泛應用於醫藥、日用化學品、食品和分離膜的製備等眾多領域。工業上通常以2-吡咯烷酮與乙炔在催化劑吡咯烷酮鉀的作用下進行乙烯化反應以生產N-乙烯基吡咯烷酮。一般該反應2-吡咯烷酮的轉化率為30％～65％，選擇性為85％～96％。從乙烯化反應器出來的反應混合物中除含有N-乙烯基吡咯烷酮和未反應完全的2-吡咯烷酮外，還含有不揮發的催化劑吡咯烷酮鉀和少量副產物。通過真空精餾進行分離和提純，可得到純度為99.7～99.9％的N-乙烯基吡咯烷酮(中國專利200810072061.3)。分離N-乙烯基吡咯烷酮後餘下的物料主要成分為2-吡咯烷酮，其中還含有少量的N-乙烯基吡咯烷酮、不揮發的催化劑吡咯烷酮鉀和副產物。需要從該物料中回收2-吡咯烷酮以便循環回反應器繼續與乙炔反應生產N-乙烯基吡咯烷酮。工業上通常採用真空間歇精餾回收2-吡咯烷酮，但是由於在加熱過程中物料變得越來越粘稠，導致回收時間很長，能耗較大而且回收不完全。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種N-乙烯基吡咯烷酮生產過程中2-吡咯烷酮的回收方法。

本發明採用塔釜帶有可通入加熱介質的旋轉的空心耙軸、耙杆和耙齒的真空間歇精餾裝置分離和回收2-吡咯烷酮；所述真空間歇精餾裝置包括帶有空心耙軸、耙杆和耙齒的塔釜及驅動裝置、精餾塔、冷凝器、回流罐、第1接收罐、第2接收罐、真空緩衝罐和真空機組。

所述N-乙烯基吡咯烷酮生產過程中2-吡咯烷酮的回收方法包括下列步驟：

1)將分離N-乙烯基吡咯烷酮後餘下的物料充入帶有可通入加熱介質的旋轉的空心耙軸、耙杆和耙齒的塔釜，開啟真空機組；

2)啟動驅動裝置使耙軸、耙杆和耙齒開始旋轉攪拌，開始加熱，精餾塔全回流操作，物料中的N-乙烯基吡咯烷酮在回流罐中富集，當塔頂餾出物中N-乙烯基吡咯烷酮的含量不再繼續增加時，將回流罐中的液體全部放入第1接收罐；

3)調整塔釜溫度，精餾塔進行全回流操作，當塔頂餾出物中2-吡咯烷酮的質量百分比含量達到99.5％以上時，調整回流比，開始採出2-吡咯烷酮至第2接收罐。

在步驟1)中，所述帶有可通入加熱介質的旋轉的空心耙軸、耙杆和耙齒的塔釜是在塔釜中下部設有一旋轉耙軸並與驅動裝置相連；塔釜筒體外設有加熱夾套，所述旋轉耙軸為空心軸，在空心軸上設置多組與空心軸垂直的空心耙杆，每組耙杆設有兩個耙杆，分別在空心軸的兩邊呈一字形，並與相鄰的另一組耙杆垂直；所述空心耙杆的頂端設置耙齒；所述耙齒為長方體刮板，用於攪拌和刮離筒壁粘稠物料；所述空心軸和空心耙杆中設置中心管，空心軸中的中心管與空心耙杆中的中心管相連通，空心軸中的環隙與空心耙杆中的環隙相連通，可通入加熱介質進行加熱；所述分離N-乙烯基吡咯烷酮後餘下的物料的主要成分為2-吡咯烷酮，其中還含有少量的N-乙烯基吡咯烷酮、不揮發的催化劑吡咯烷酮鉀和副產物；所述耙杆的長度可為塔釜筒體直徑的五分之一～三分之一，每組耙杆之間的間距可為100～300mm；所述空心耙軸的轉速可為10～80r/min；所述加熱介質可採用導熱油或蒸汽等。

在步驟2)中，所述精餾塔為填料塔，填料為不鏽鋼絲網波紋規整填料或不鏽鋼板網波紋規整填料。

在步驟3)中，所述調整塔釜溫度可為110～160℃，精餾塔的塔頂溫度可為80～110℃，精餾塔塔頂的絕對壓力可為400～2666Pa。

本發明在塔釜中設置的空心耙軸、耙杆和耙齒中可引入加熱介質，與夾套共同加熱物料，同時旋轉的耙杆和耙齒起到良好的攪拌作用，耙齒還可以作為刮板，不斷將塔釜筒壁的物料刮離，從而使得物料受熱均勻，增強了傳熱效率，提高了蒸發速率，縮短了回收2-吡咯烷酮所需時間，降低了精餾殘夜中2-吡咯烷酮的含量，使得2-吡咯烷酮的回收更加完全。

本發明適用於粘稠物料的分離，縮短回收2-吡咯烷酮所需時間，降低精餾殘夜中2-吡咯烷酮的含量。

附圖說明

圖1為本發明採用的真空間歇精餾裝置的結構組成示意圖。

在圖1中，各標記為：1為塔釜，2和13為加熱介質進口，3為耙齒，4為耙杆，5為物料進口，6為旋轉耙軸，7為驅動裝置，8和12為加熱介質出口，9為夾套，10為蒸餾殘液出口，11為中心管，14為旋轉接頭，15為精餾塔，16為冷凝器，17為回流罐，18為真空緩衝罐，19為真空機組，20為第1接收罐，21為第2接收罐。

具體實施方式

以下實施例將對本發明作進一步說明。

參見圖1，以下給出本發明採用的真空間歇精餾裝置的結構組成示意圖，塔釜1中的物料經夾套9與旋轉的空心耙軸6、耙杆4和耙齒3共同加熱後蒸發，塔釜1的有機蒸氣從精餾塔15的塔底上升到精餾塔15的塔頂。塔頂出來的有機蒸氣經過冷凝器16冷凝成液體，進入回流罐17。回流罐17的底部出口分別與精餾塔15頂部的回流口、接收罐20和21相連接。回流罐頂部的出口與真空緩衝罐18相連接，真空緩衝罐18頂部的出口與真空機組相19連接。

以下給出具體實施例。

實施例1

用3000kg組成為2-吡咯烷酮90wt％、N-乙烯基吡咯烷酮4.3wt％和高沸點及不揮發物質5.7wt％的混合物，採用圖1所示的裝置進行分離和回收。耙杆4長度為塔釜筒體直徑的四分之一，每組耙杆之間的間距為150mm，共設置12組耙杆。精餾塔15的塔徑為0.35m，塔內裝填500型金屬絲網波紋規整填料，填料層高度為6m。將待回收的物料打入塔釜1中。啟動真空機組19，使精餾塔15的塔頂的絕對壓力達到933Pa(真空度753mmHg)。開冷凝器16的冷卻水A，啟動驅動裝置7使耙軸、耙杆和耙齒開始旋轉攪拌，轉速60r/min，並開蒸汽加熱塔釜。調整蒸汽壓力使塔釜溫度達到120℃。先進行全回流操作，在回流罐17中富集N-乙烯基吡咯烷酮，此時塔頂溫度為93℃。當塔釜和塔頂溫度穩定後每隔30min用氣相色譜檢測餾出物組成，隨著全回流的進行，餾出物中N-乙烯基吡咯烷酮的含量增加。當塔頂餾出物中N-乙烯基吡咯烷酮的含量不再繼續增加時，將回流罐中的液體全部放入第1接收罐20。調整塔釜溫度至125℃，精餾塔再進行全回流操作，當塔頂餾出物中2-吡咯烷酮的質量百分比含量達到99.5％以上時，調整回流比為1∶4，開始採出2-吡咯烷酮至第2接收罐21。隨著精餾過程的進行，塔釜溫度逐漸上升，至精餾結束時塔釜溫度已上升到140℃，整個精餾過程耗時約6h。結果在第1接收罐中得到含90wt％的N-乙烯基吡咯烷酮的物料128kg；在第2接收罐中回收到2-吡咯烷酮2699kg，純度為99.5％；塔釜殘夜為173kg，其中殘留的2-吡咯烷酮為0.9wt％。

實施例2

用3000kg組成為2-吡咯烷酮86wt％、N-乙烯基吡咯烷酮8wt％和高沸點及不揮發物質6wt％的混合物，採用圖1所示的裝置進行分離和回收。耙杆4長度為塔釜筒體直徑的四分之一，每組耙杆之間的間距為150mm，共設置12組耙杆。精餾塔15的塔徑為0.35m，塔內裝填500型金屬絲網波紋規整填料，填料層高度為6m。將待回收的物料打入塔釜1中。啟動真空機組19，使精餾塔15的塔頂的絕對壓力達到933Pa(真空度753mmHg)。開冷凝器16的冷卻水A，啟動驅動裝置7使耙軸、耙杆和耙齒開始旋轉攪拌，轉速50r/min，並開蒸汽加熱塔釜。調整蒸汽壓力使塔釜溫度達到118℃。先進行全回流操作，在回流罐17中富集N-乙烯基吡咯烷酮，此時塔頂溫度為92℃。當塔釜和塔頂溫度穩定後每隔30min用氣相色譜檢測餾出物組成，隨著全回流的進行，餾出物中N-乙烯基吡咯烷酮的含量增加。當塔頂餾出物中N-乙烯基吡咯烷酮的含量不再繼續增加時，將回流罐中的液體全部放入第1接收罐20。調整塔釜溫度至125℃，精餾塔再進行全回流操作，當塔頂餾出物中2-吡咯烷酮的質量百分比含量達到99.5％以上時，調整回流比為1∶4，開始採出2-吡咯烷酮至第2接收罐21。隨著精餾過程的進行，塔釜溫度逐漸上升，至精餾結束時塔釜溫度已上升到140℃，整個精餾過程耗時約6h。結果在第1接收罐中得到含92wt％的N-乙烯基吡咯烷酮的物料246.9kg；在第2接收罐中回收到2-吡咯烷酮2571.1kg，純度為99.5％；塔釜殘夜為182kg，其中殘留的2-吡咯烷酮為1.1wt％。

實施例3

用3000kg組成為2-吡咯烷酮90.5wt％、N-乙烯基吡咯烷酮2wt％和高沸點及不揮發物質7.5wt％的混合物，採用圖1所示的裝置進行分離和回收。耙杆4長度為塔釜筒體直徑的四分之一，每組耙杆之間的間距為150mm，共設置12組耙杆。精餾塔15的塔徑為0.35m，塔內裝填500型金屬絲網波紋規整填料，填料層高度為6m。將待回收的物料打入塔釜1中。啟動真空機組19，使精餾塔3的塔頂的絕對壓力達到533.3Pa(真空度756mmHg)。開冷凝器16的冷卻水A，啟動驅動裝置7使耙軸、耙杆和耙齒開始旋轉攪拌，轉速30r/min，並開蒸汽加熱塔釜。調整蒸汽壓力使塔釜溫度達到116℃。先進行全回流操作，在回流罐17中富集N-乙烯基吡咯烷酮，此時塔頂溫度為100℃。當塔釜和塔頂溫度穩定後每隔30min用氣相色譜檢測餾出物組成，隨著全回流的進行，餾出物中N-乙烯基吡咯烷酮的含量增加。當塔頂餾出物中N-乙烯基吡咯烷酮的含量不再繼續增加時，將回流罐中的液體全部放入第1接收罐20。調整塔釜溫度至125℃，精餾塔再進行全回流操作，當塔頂餾出物中2-吡咯烷酮的質量百分比含量達到99.5％以上時，調整回流比為1∶4，開始採出2-吡咯烷酮至第2接收罐21。隨著精餾過程的進行，塔釜溫度逐漸上升，至精餾結束時塔釜溫度已上升到140℃，整個精餾過程耗時約6h。結果在第1接收罐中得到含75wt％的N-乙烯基吡咯烷酮的物料61kg；在第2接收罐中回收到2-吡咯烷酮2711kg，純度為99.5％；塔釜殘夜為228kg，其中殘留的2-吡咯烷酮為1.0wt％。

比較例

用3000kg組成為2-吡咯烷酮90wt％、N-乙烯基吡咯烷酮4.3wt％和高沸點及不揮發物質5.7wt％的混合物，採用普通的真空間歇精餾進行分離和回收。裝置中塔釜為普通塔釜，設置一束加熱管，沒有設置旋轉的耙齒及驅動裝置。裝置的其餘部分與實施例1相同。將待回收的物料打入塔釜中。啟動真空機組，使精餾塔的塔頂的絕對壓力達到933Pa(真空度753mmHg)。開冷凝器的冷卻水，開蒸汽加熱塔釜。調整蒸汽壓力使塔釜溫度達到120℃。先進行全回流操作，在回流罐中富集N-乙烯基吡咯烷酮，此時塔頂溫度為97℃。當塔釜和塔頂溫度穩定後每隔30min用氣相色譜檢測餾出物組成，隨著全回流的進行，餾出物中N-乙烯基吡咯烷酮的含量增加。當塔頂餾出物中N-乙烯基吡咯烷酮的含量不再繼續增加時，將回流罐中的液體全部放入第1接收罐。調整塔釜溫度至125℃，精餾塔再進行全回流操作，當塔頂餾出物中2-吡咯烷酮的質量百分比含量達到99.5％以上時，調整回流比為1∶4，開始採出2-吡咯烷酮至第2接收罐。隨著精餾過程的進行，塔釜溫度逐漸上升，至精餾結束時塔釜溫度已上升到140℃，整個精餾過程耗時約24h。結果在第1接收罐中得到含85wt％的N-乙烯基吡咯烷酮的物料136kg；在第2接收罐中回收到2-吡咯烷酮2687kg，純度為99.5％；塔釜殘夜為177kg，其中殘留的2-吡咯烷酮為3.4wt％。