本发明涉及高纯度乙腈制备等技术领域，尤其涉及一种乙酸氨化制备高纯度乙腈的装置及方法。
背景技术：
乙腈是一种重要的有机化工及精细化工原料，具有优良的溶剂性能，能溶解多种无机、有机及气体化合物，可作为有机合成、医药、农药、表面活性剂、燃料等精细化学品的合成原料，高纯乙腈还应用于高效液相色谱HPLC的溶剂。工业上乙腈的生产方法包括乙酸氨化法、乙酰胺氨化法、丙烯氨氧化副产法、酒精合成法等。由乙酸氨化法得到的乙腈产品杂质种类少、含量低，产品较为纯净，纯度较高，分离过程较为简单，生产过程能耗较低，并可较容易地进一步加工成为色谱级乙腈，是具有工业前景的一种合
成方法。随着乙腈的开发利用率不断提高，乙腈的市场需求不断增加，乙腈的下游70％用于制药行业，国际市场对医药级乙腈的指标要求在99.9％以上，高纯乙腈的供求问题也逐日凸显。为了满足工业应用，开发直接合成乙腈及其精制工艺变得越来越迫切。
现有的精制技术有萃取精馏法、共沸精馏法、变压精馏法等。以上几种分离方法都存在着较大的缺点和不足，比如变压精馏法操作难度大，设备投资大而且安全性较差；共沸精馏法操作流程长，控制单元多，能耗大，引入某些共沸剂造成环境污染，影响产品质量；萃取精馏法所需溶剂其萃取范围较窄，具有一定的限制性，且溶剂用量太大，能耗和设备费用高，缺乏经济价值。相比以上几种方法，膜分离法作为基于材料的分离过程，对材料的物化性质和微结构进行调控，具有高效节能、环境友好、操作方便等优点，最重要的是可以突破乙腈和水的共沸平衡限制。
申请号为201410404988.8的专利，提出一种用于醋酸氨化合成乙腈的精制方法，该方法采用酸性吸收剂对醋酸氨化粗产品分两级吸收，经提浓后得到乙腈水溶液，然后送入渗透汽化膜分离得到粗品乙腈，最后送入精馏塔后得到成品乙腈。该方法采用吸收塔来去除氨气，不凝气体从吸收塔塔顶放空。吸收法将多余氨气转化为铵盐，吸收液也会带走部分乙腈，造成一定的物质损耗。另外，渗透汽化采用脱水膜，膜分离前进料必须设置蒸发器，由于水的潜热2457kJ/kg远远大于乙腈潜热33.25kJ/kg,汽化所需的能耗较高。如何在不影响高纯度乙腈质量的前提下，进一步简化生产工艺，进而降低更多能耗，减少运行成本，仍有创新工作要做。
技术实现要素：
本发明的目的在于提出一种乙酸氨化制备高纯度乙腈的装置及方法。该装置简化了现有生产工艺和设备，具有操作简便安全，运行成本低，产品质量高的特点。
本发明所采用的技术方案如下：
一种乙酸氨化制备高纯度乙腈的装置，包括有依次连接的反应塔1、冷凝器、优先透有机物膜机组5、精馏塔6；其中，冷凝器的不凝气出口与反应塔的入口连接，优先透有机物膜分离装置的渗透侧与精馏塔的入口连接，精馏塔的塔顶出口与渗透汽化分离膜机组的入口连接。
进一步地，所述的冷凝器包括第一级冷凝器2和第二级冷凝器3，两级冷凝器依次连接，第一级冷凝器的入口与反应塔的出口相连，所述第一级冷凝器和第二级冷凝器的液体出口与优先透有机物膜分离装置的入口连接，第二级冷凝器的不凝气出口与反应塔的入口连接。
进一步地，冷凝器与优先透有机物膜机组之间还设有换热器4。
进一步地，所述优先透有机物膜机组包含膜组件，冷凝器和真空泵，真空泵与优先透有机物膜机组的渗透侧连接，所述膜组件由单个或多个单元优先透有机物膜串联、并联或混联组成，各单元膜的渗透侧通过管路并联于真空泵总管，真空泵维持渗透侧真空度为100～9000 Pa。
进一步地，优先透有机物膜机组采用的膜是具有优先透过乙腈有机物的特定功能性膜，材质是硅橡胶、聚二甲基硅氧烷、聚三甲基硅丙炔、聚丙烯、聚丙烯腈、聚丁二烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡胶、丁腈橡胶、聚醚酰胺嵌段共聚物、疏水纳米二氧化钛、无机型分子筛或无机陶瓷中的一种或几种复合而成。
利用上述装置乙酸氨化制备高纯度乙腈的方法，包括如下步骤：
（1）将乙酸氨化反应塔获得的粗乙腈气体混合物经过冷凝器冷凝，得到乙腈母液，不凝气体氨气可返回反应器再次反应；
（2）将步骤（1）得到的乙腈母液经换热器预热后送入优先透有机物膜机组进行渗透汽化，乙腈有选择性的透过膜成为渗透蒸汽，渗透侧抽真空，渗透蒸汽冷凝为渗透液，而渗余侧得到的料液几乎为水；
（3）将步骤（2）得到的渗透液送入精馏塔，经精馏分离后塔釜得到高纯度乙腈。
进一步地，第（1）步采用两级冷凝器分级冷凝，第一级冷凝介质为自来水或循环水，进口温度为20~35℃，出口温度为25~45℃；第二级冷凝介质为冷冻液，进口温度为0~15℃，出口温度为5~20℃，经过二级冷凝后冷凝液中乙腈含量为30%~60%。
进一步地，步骤（2）所述换热器预热温度为25~60℃。
进一步地，步骤（3）所述的精馏塔塔顶获得的共沸液可返回至优先透有机物膜机组的入口中，进入下一次循环分离。
进一步地，所述方法制备得到高纯度乙腈，其纯度大于99.99％。
本发明提出的一种乙酸氨化制备高纯度乙腈的方法，在乙酸氨化反应后，反应产生的粗产品气体混合物首先采用冷凝器冷凝处理，得到乙腈母液和不凝气体氨气，氨气可返回反应器再次反应，不仅除去多余的氨气，还提高了原料氨气的利用率，也间接提高了反应塔乙腈的转化率。由于氨气沸点为-33.5℃，而乙腈沸点为81℃，常温下即可完成乙腈的冷凝，因而冷凝操作的能耗较低。经过二级冷凝后冷凝液中乙腈含量为30%~60%。优先透有机物膜机组进料无须蒸汽形式，只需将冷凝后的乙腈母液经换热器预热到适宜温度送至优先透有机物膜机组，由于乙腈潜热33.25kJ/g远小于水的潜热2457kJ/kg，因此，优先透乙腈所需的能耗远远低于优先透水所需的能耗。渗透汽化分离后，渗透侧得到高浓度的乙腈蒸汽，而渗余侧得到的料液几乎为水，简单处理可回收利用。最后，渗透侧乙腈蒸汽冷凝后进入精馏塔进一步分离，塔釜得到高纯度乙腈。塔顶获得的共沸液可返回至优先透有机物膜机组的入口中，进入下一次循环分离。不仅充分回收了乙腈，还提高乙腈产品的总收率。
本发明的有益效果是：
（1）本发明采用两级冷凝器冷凝，不仅除去多余的氨气，还提高了原料氨气的利用率，降低原材料成本，也间接提高了反应塔乙腈的转化率。
（2）本发明使用的是优先透有机物膜，不受共沸限制，渗透汽化所需的能耗低，液体混合物可直接进入膜机组，无须增加蒸发器等设备，因此降低了设备和加热汽化的成本。
（3）精馏塔塔顶的到的乙腈-水的共沸液返回至膜机组进料侧，提高了乙腈的转化率。
（4）本发明操作简便安全，运行成本低，产品质量高。
附图说明
图1是醋酸氨化法合成乙腈的乙腈精制工艺流程图。
其中：1是反应塔，2是第一级冷凝器，3是第二级冷凝器，4是换热器，5是优先透有机物膜机组，6是精馏塔。A是氨气，B是乙酸，C是渗余液，D是高纯度乙腈。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，本发明所涉及的主题保护范围并非仅限于这些实施例。
实施例1：乙酸氨化反应塔获得的粗乙腈气体混合物首先采用二级冷凝器分级冷凝，第一级冷凝介质为自来水，进口温度为20℃，出口温度为25℃；第二级冷凝介质为冷冻液，进口温度为0℃，出口温度为5℃。经过二级冷凝后得到的乙腈母液中乙腈含量为60%。不凝气体氨气返回反应器再次反应。乙腈母液经换热器预热到25℃时，送入优先透有机物膜机组进行渗透汽化，膜材料为聚三甲基硅丙炔-聚四氟乙烯-无机型分子筛复合膜，渗透侧抽真空，真空度为9000 Pa，由于渗透汽化膜对不同物质吸附选择透过性的不同，乙腈有选择性的透过膜成为渗透蒸汽，渗透蒸汽冷凝为渗透液，而被截留的渗余液主要为水，简单处理后可作为工业用水回收利用。渗透液送入精馏塔，经精馏分离后塔釜得到99.991%以上的高纯度乙腈。塔顶获得的共沸液可返回至优先透有机物膜机组的入口中，进入下一次循环分离。
实施例2：乙酸氨化反应塔获得的粗乙腈气体混合物首先采用二级冷凝器分级冷凝，第一级冷凝介质为自来水，进口温度为28℃，出口温度为40℃；第二级冷凝介质为冷冻液，进口温度为6℃，出口温度为10℃。经过二级冷凝后冷凝液中乙腈含量为50%。不凝气体氨气返回反应器再次反应。乙腈母液经换热器预热到30℃时，送入优先透有机物膜机组进行渗透汽化，膜材料为聚二甲基硅氧烷-聚醚酰胺嵌段共聚物复合膜，渗透侧抽真空，真空度为2000 Pa，由于渗透汽化膜对不同物质吸附选择透过性的不同，乙腈有选择性的透过膜成为渗透蒸汽，渗透蒸汽冷凝为渗透液，而被截留的渗余液主要为水，简单处理后可作为工业用水回收利用。渗透液送入精馏塔，经精馏分离后塔釜得到99.993%以上的高纯度乙腈。塔顶获得的共沸液可返回至优先透有机物膜机组的入口中，进入下一次循环分离。
实施例3：乙酸氨化反应塔获得的粗乙腈气体混合物首先采用二级冷凝器分级冷凝，第一级冷凝介质为自来水，进口温度为35℃，出口温度为45℃；第二级冷凝介质为冷冻液，进口温度为15℃，出口温度为20℃。经过二级冷凝后冷凝液中乙腈含量为30%。不凝气体氨气返回反应器再次反应。乙腈母液经换热器预热到40℃时，送入优先透有机物膜机组进行渗透汽化，膜材料为硅橡胶-聚偏氟乙烯-疏水纳米二氧化钛复合膜，渗透侧抽真空，真空度为100 Pa，由于渗透汽化膜对不同物质吸附选择透过性的不同，乙腈有选择性的透过膜成为渗透蒸汽，渗透蒸汽冷凝为渗透液，而被截留的渗余液主要为水，简单处理后可作为工业用水回收利用。渗透液送入精馏塔，经精馏分离后塔釜得到99.998%以上的高纯度乙腈。塔顶获得的共沸液可返回至优先透有机物膜机组的入口中，进入下一次循环分离。
实施例4：乙酸氨化反应塔获得的粗乙腈气体混合物首先采用二级冷凝器分级冷凝，第一级冷凝介质为自来水，进口温度为30℃，出口温度为39℃；第二级冷凝介质为冷冻液，进口温度为12℃，出口温度为18℃。经过二级冷凝后冷凝液中乙腈含量为40%。不凝气体氨气返回反应器再次反应。乙腈母液经换热器预热到45℃时，送入优先透有机物膜机组进行渗透汽化，膜材料为聚二甲基硅氧烷-丁腈橡胶-无机陶瓷复合膜，渗透侧抽真空，真空度为500 Pa，由于渗透汽化膜对不同物质吸附选择透过性的不同，乙腈有选择性的透过膜成为渗透蒸汽，渗透蒸汽冷凝为渗透液，而被截留的渗余液主要为水，简单处理后可作为工业用水回收利用。渗透液送入精馏塔，经精馏分离后塔釜得到99.997%以上的高纯度乙腈。塔顶获得的共沸液可返回至优先透有机物膜机组的入口中，进入下一次循环分离。
实施例5：乙酸氨化反应塔获得的粗乙腈气体混合物首先采用二级冷凝器分级冷凝，第一级冷凝介质为自来水，进口温度为35℃，出口温度为45℃；第二级冷凝介质为冷冻液，进口温度为15℃，出口温度为20℃。经过二级冷凝后冷凝液中乙腈含量为30%。不凝气体氨气返回反应器再次反应。乙腈母液经换热器预热到60℃时，送入优先透有机物膜机组进行渗透汽化，膜材料为丁苯橡胶-聚丙烯-无机陶瓷复合膜，渗透侧抽真空，真空度为800 Pa，由于渗透汽化膜对不同物质吸附选择透过性的不同，乙腈有选择性的透过膜成为渗透蒸汽，渗透蒸汽冷凝为渗透液，而被截留的渗余液主要为水，简单处理后可作为工业用水回收利用。渗透液送入精馏塔，经精馏分离后塔釜得到99.993%以上的高纯度乙腈。塔顶获得的共沸液可返回至优先透有机物膜机组的入口中，进入下一次循环分离。