双循环三塔变压精馏分离乙腈‑甲醇‑苯共沸物的方法与流程

本发明属于化工分离纯化领域，特别是多元共沸混合物的分离，具体涉及一种双循环三塔变压精馏分离乙腈-甲醇-苯三元共沸物的方法。

背景技术：

甲醇(CH₃OH)、乙腈(CH₃CN)和苯(C₆H₆)均是重要的有机化工产品。在工业生产某头孢类药物时，中间工艺会产生含有乙腈、甲醇和苯的混合液。常压下乙腈和甲醇之间能形成最低共沸物，乙腈和苯之间能形成最低共沸物，苯和甲醇之间能形成最低共沸物，三者之间还能形成三元共沸物。因三元相图中多精馏曲线的出现，普通精馏方法难以获得高纯度的甲醇、乙腈和苯。

文献(宗丽丽.甲醇—乙腈—苯三元混合体系分离过程研究,河北工业大学,2013.)涉及甲醇-乙腈-苯体系的汽液平衡的研究，同时该文献和专利(201310140409.9)提供了一种分离甲醇、乙腈和苯三元混合物的工艺方法，工艺流程中存在五个精馏塔，先是溶剂甲醇与原料混合物均输送到初分离塔，塔顶得到的甲醇-苯混合物经双塔变压精馏分别得到甲醇和苯产品，塔底得到的甲醇-乙腈混合物经双塔变压精馏分别得到甲醇和乙腈产品。甲醇、乙腈和苯的产品纯度均为0.9950。

上述现有的分离技术中存在的缺陷和不足是：工艺含有五个精馏塔，设备投资费用较高，设备运行能耗较高；需加入额外的甲醇溶剂，增加了分离成本；产品纯度及产品收率较低。

文献(Zhu Z,Xu D,Liu X,et al.Separation of acetonitrile/methanol/benzene ternary azeotrope via triple column pressure-swing distillation[J].Separation and Purification Technology,2016,169:66-77.)和专利(2015105946029)涉及一种三塔变压精馏分离乙腈-甲醇-苯三元共沸物的方法，工艺流程中提到采用三塔变压精馏的方式将乙腈-甲醇-苯三元共沸物分离开来，使乙腈、甲醇和苯产品的纯度为0.9990，产品回收率为0.9950。

上述分离方法获得的产品的纯度和回收率依然存在可提高的空间。

技术实现要素：

[要解决的技术问题]

本发明要解决的问题是克服现有技术的不足，提出一种双循环三塔变压精馏分离乙腈-甲醇-苯共沸物的方法，在处理乙腈、甲醇和苯混合液的同时实现乙腈、甲醇和苯的高效分离及回收利用，开发一条经济可行的工艺路线，利用循环物流之间的混合比例关系达到降低处理量减少能耗的目的。

[技术方案]

本发明所述的一种双循环三塔变压精馏分离乙腈-甲醇-苯共沸物的方法，基于精馏边界随压力的变化而改变的特点，采用不同操作压力的三个精馏塔，本发明采用多塔变压精馏分离提浓方法，攻克多元共沸物因精馏边界的存在而难以实现高效分离的瓶颈，通过多循环方式减小精馏处理量达到了降低能耗的目的。

本发明利用三塔变压精馏分离乙腈-甲醇-苯三元共沸物分离乙腈-甲醇-苯三元共沸物的方法主要包括以下步骤：

(1)乙腈-甲醇-苯原料混合液F1输送进入塔T1，高纯度产品B1自塔T1塔底流出，塔顶蒸汽混合物经冷凝器冷凝，部分回流入塔T1，部分物流D1作为进料F2输送到塔T2；

(2)高纯度产品B2自塔T2塔底流出，塔顶蒸汽混合物经冷凝器冷凝，部分回流入塔T2，部分物流D2经分流装置S分成物流S1和S2，物流S2作为进料F3输送到塔T3；

(3)高纯度产品B3自塔T3塔底流出，塔顶蒸汽混合物经冷凝器冷凝，部分回流入塔T3，部分物流D3减压后与物流R1经混流装置混合后循环返回到塔T1。

根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：进料质量组成为甲醇0.7、乙腈0.2和苯0.1，进料温度为25-50℃，进料流量为500-1500kg/h。

根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：塔T1的操作压力为6atm；塔T2的操作压力为1atm；塔T3的操作压力为6atm。

根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：分流装置分离比例为3:7-7:3，物流S1的流量范围为315.7-935.0kg/h。

根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：使用该方法分离得到的乙腈产品的纯度大于0.9995，回收率大于0.9980；甲醇产品的纯度大于0.9995，回收率大于0.9990；苯产品的纯度大于0.9990，回收率大于0.9980。

根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：塔T1理论板数为44-56块板，进料位置为32-39块板，循环进料位置为15-24块板，回流比为1.55-2.59，塔径为470-870mm；塔T2理论板数为47-58块板，进料位置为13-17块板，回流比为2.4-2.9，塔径为490-800mm；塔T3理论板数为20-34块板，进料位置为7-20块板，回流比为0.1-1.6，塔径为200-350mm。

本发明实现的原理为：

从乙腈、甲醇和苯三元体系的三元相图来看，常压下乙腈-甲醇-苯原料混合液中存在三种二元最低共沸物，两条精馏边界分成了三个不同的精馏区域，每一精馏区域内，从残余曲线走势得出纯组分均是稳定节点；原料混合物F1与循环物流REC进入塔T1，在精馏塔T1内部塔底经再沸器加热的组分汽化沿着塔体上升，与下降的液体相遇进行传质传热过程，逐渐达到汽液平衡；理论进料属于区域1，塔T1塔顶采出三元混合物作为下一塔的进料，塔底采出接近于稳定节点的纯组分；改变压力使F2组成进入精馏区域2，在精馏塔T2内部塔底经再沸器加热的组分汽化沿着塔体上升，与下降的液体相遇进行传质传热过程，逐渐达到汽液平衡，塔底采出该区域接近于稳定节点的纯组分；运用杠杆原理、质量平衡线及精馏边界在三元相图中的作用关系筛选合适范围的比例关系，使塔T2塔顶采出的三元混合物经分流装置分成不同比例的两股物流S1和S2；S1作为进料输送到塔T3，在不同的压力下使F3组成进入精馏区域3，在精馏塔T3内部塔底经再沸器加热的组分汽化沿着塔体上升，与下降的液体相遇进行传质传热过程，逐渐达到汽液平衡，塔底采出该区域接近于稳定节点的纯组分；塔T3塔顶采出的三元混合物经调节压力变为物流R2后与物流S1调节压力后的物流R1在混流装置混合，运用杠杆原理、质量平衡线及精馏边界在三元相图中的作用关系调节适合的比例关系，使混合物流REC满足分离塔T1的分离要求，最终混合物流循环返回塔T1。

[有益效果]

本发明与现有的技术相比，主要有以下有益效果：

(1)本发明分离乙腈-甲醇-苯三元共沸体系，乙腈和苯的回收率均大于0.9980，甲醇的回收率大于0.9990，减少了乙腈、甲醇和苯的损失量，避免了有机溶剂排入周围环境对人身环境和自然环境造成的影响。

(2)采用双循环三塔精馏方式，合理利用循环物流与分离能力之间的关系，减小了设备尺寸，降低了设备投资费用，同时减少了分离循环处理量，降低了设备运行能耗及运转费用等。

(3)另外未引入其他组分或添加溶剂，保证了产品质量，减少了精馏处理量。

(4)乙腈、甲醇和苯的纯度均大于0.9995，产品纯度高可循环用于合成原工序，降低了原料投资成本。

【附图说明】

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

附图为本发明的流程示意图。

图中：T1、T2、T3-精馏塔；数字表示各物流。

【具体实施方式】

实施例1：

进料流率1000kg/h，温度25℃，质量组成：乙腈20％，甲醇70％，苯10％。分离比例为7:3。塔T1有效理论板数为46块，原料液由第39块板引入，循环进料位置为第15块板，操作压力为6atm，回流比为1.83，塔径约为680mm；塔T2有效理论板数为47块，塔T1塔顶采出液由第17块板引入，操作压力为1atm，回流比为2.58，塔径约为710mm；塔T3有效理论板数为33块，塔T2塔顶采出液由第20块板引入，操作压力为6atm，回流比为1.60，塔径约为270mm。物流S1的流量为914.2kg/h。

进料及产品物流表见表1。由表中数据可见，处理后乙腈回收率约99.80％，甲醇回收率约99.99％，苯回收率约99.90％。

表1进料及产品物流表

实施例2：

进料流率1500kg/h，温度50℃，质量组成：乙腈20％，甲醇70％，苯10％。分离比例为6:4。塔T1有效理论板数为50块，原料液由第38块板引入，循环进料位置为第24块板，操作压力为6atm，回流比为2.5，塔径约为870mm；塔T2有效理论板数为58块，塔T1塔顶采出液由第16块板引入，操作压力为1atm，回流比为2.86，塔径约为800mm；塔T3有效理论板数为34块，塔T2塔顶采出液由第18块板引入，操作压力为6atm，回流比为1.6，塔径约为350mm。物流S1的流量为935.0kg/h。

进料及产品物流表见表2。由表中数据可见，处理后乙腈回收率约99.80％，甲醇回收率约99.99％，苯回收率约99.89％。

表2进料及产品物流表

实施例3：

进料流率500kg/h，温度30℃，质量组成：乙腈20％，甲醇70％，苯10％。分离比例为5:5。塔T1有效理论板数为46块，原料液由第34块板引入，循环进料位置为第19块板，操作压力为6atm，回流比为1.85，塔径约为470mm；塔T2有效理论板数为48块，塔T1塔顶采出液由第13块板引入，操作压力为1atm，回流比为2.59，塔径约为490mm；塔T3有效理论板数为21块，塔T2塔顶采出液由第7块板引入，操作压力为6atm，回流比为0.5，塔径约为200mm。物流S1的流量为315.7kg/h。

进料及产品物流表见表3。由表中数据可见，处理后乙腈回收率约99.80％，甲醇回收率约99.99％，苯回收率约99.89％。

表3进料及产品物流表

实施例4：

进料流率1200kg/h，温度40℃，质量组成：乙腈20％，甲醇70％，苯10％。分离比例为4:6。塔T1有效理论板数为56块，原料液由第37块板引入，循环进料位置为第20块板，操作压力为6atm，回流比为2.59，塔径约为780mm；塔T2有效理论板数为54块，塔T1塔顶采出液由第15块板引入，操作压力为1atm，回流比为2.9，塔径约为720mm；塔T3有效理论板数为24块，塔T2塔顶采出液由第10块板引入，操作压力为6atm，回流比为0.49，塔径约为310mm。物流S1的流量为502.4kg/h。

进料及产品物流表见表4。由表中数据可见，处理后乙腈回收率约99.80％，甲醇回收率约99.99％，苯回收率约99.89％。

表4进料及产品物流表

实施例5：

进料流率800kg/h，温度45℃，质量组成：乙腈20％，甲醇70％，苯10％。分离比例为3:7。塔T1有效理论板数为44块，原料液由第32块板引入，循环进料位置为第15块板，操作压力为6atm，回流比为1.55，塔径约为580mm；塔T2有效理论板数为50块，塔T1塔顶采出液由第17块板引入，操作压力为1atm，回流比为2.4，塔径约为650mm；塔T3有效理论板数为20块，塔T2塔顶采出液由第8块板引入，操作压力为6atm，回流比为0.1，塔径约为290mm。物流S1的流量为346.0kg/h。

进料及产品物流表见表5。由表中数据可见，处理后乙腈回收率约99.80％，甲醇回收率约99.99％，苯回收率约99.88％。

表5进料及产品物流表