一种采用离子液体萃取精馏分离乙腈-水共沸物系的工艺的制作方法
【专利摘要】本发明为一种采用离子液体萃取精馏分离乙腈-水共沸物系的工艺，本发明采用的离子液体共沸剂能提高乙腈-水体系中乙腈的相对挥发度，降低溶剂比，并且随着离子液体质量分数的增加，汽相中乙腈的浓度增大。所述的离子液体阳离子为咪唑阳离子或者吡啶阳离子,阴离子为卤素阴离子、醋酸阴离子、双三氟甲磺酰亚胺阴离子、六氟磷酸阴离子、磷酸二丁酯阴离子或者三氟甲烷磺酸阴离子。本发明当离子液体的质量分数达到15%~60%时，可使乙腈-水的共沸点消失。当离子液体与乙腈-水的二元共沸物的质量比为1:4时，即可很好地进行萃取精馏，得到大于99%的乙腈，且离子液体绿色环保，可循环利用。
【专利说明】一种采用离子液体萃取精馏分离乙腈-水共沸物系的工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及萃取精馏领域，具体地说，是涉及一种萃取精馏分离乙腈-水共沸物系的离子液体及萃取精馏方法。
【背景技术】
[0002]乙腈是一种常用的工业溶剂，可用于制造维生素BI等药物和香料，也可用作脂肪酸的萃取剂、酒精变性剂、丁二烯萃取剂和丙烯腈合成纤维的溶剂等。生产出的乙腈纯度只有达到99%以上时才能被广泛使用。
[0003]由于乙腈-水物系是一个完全互溶的二元共沸物系，在I个大气压下共沸物温度为76°C，共沸组成中乙腈含量为85wt%，因此不能采用常规精馏方法进行分离。单纯的精馏只能得到含量低于85%的乙腈，不能满足企业精制乙腈的需要。[0004]传统的乙腈回收工艺采用氯化钙脱水法来破坏乙腈与水的共沸组成，但氯化钙脱水法有不易操作、腐蚀设备、回收操作繁琐等缺点。目前乙腈-水物系的分离工艺主要有萃取精馏、变压精馏及盐效萃取与精馏联合工艺等。萃取精馏可得到较高纯度的乙腈，但萃取剂乙二醇用量较大，且在乙腈的高浓度段相对挥发度较小，分离比较困难；变压精馏法中减压塔塔顶温度低，需要低温冷源和加压设备，操作复杂且设备投资较大；在盐效萃取与精馏联合工艺中，利用盐效应使乙腈-水物系产生分相，使有机相中乙腈含量超过常压共沸组成，与精馏相结合实现乙腈-水物系的分离，但盐在回收过程中易结晶，会堵塞管道。
[0005]综上诉述，现有工艺存在着各种问题，所以寻找一种易于分离、操作便捷、绿色环保的分离剂成为当务之急。
【发明内容】
[0006]本发明的目的为针对当前技术中乙腈？水二元共沸物系使用普通的分离方法效果不佳的问题，提供了一种可用于萃取精馏乙腈-水共沸物系的离子液体及萃取精馏方法，该方法实用离子液体为共沸剂，可提高二者之间的相对挥发度，提高分离效率，得到纯度较高的乙腈，且离子液体绿色环保，可循环利用。
[0007]本发明的技术方案为:
[0008]一种采用离子液体萃取精馏分离乙腈-水共沸物系的工艺，包括以下步骤:
[0009]I)将离子液体常温下由第5块板注入萃取精馏塔，同时乙腈-水共沸混合物在常温下由第18-30块板进入，塔顶上升蒸汽经第一冷凝器冷凝，操作回流比为1-3，回流液由萃取精馏塔的塔顶回流，采出液为质量分数大于99%的乙腈；萃取精馏塔的塔釜为离子液体和水的混合物，回流液经第一再沸器于135-145?再沸后回流，其余进入离子液体回收塔；其中，所述的萃取精馏塔的塔板数为35-50，萃取精馏塔塔顶温度为70-90°C，塔底温度为130-140°C ;其中，质量比为离子液体:乙腈-水混合物=1:1-6 ；
[0010]2)由上一步骤得到的离子液体和水的混合物(130-140°c )由离子液体回收塔的第12-18块板进入，塔顶上升水蒸气经第二冷凝器冷凝，操作回流比为1-2.5，塔顶采出液为质量分数大于99.9%的水，可直接排放或作为工业用水循环使用，回流液由离子液体回收塔的塔顶回流；离子液体回收塔的塔釜为含有质量分数2-5%水的离子液体，回流液经第二再沸器于135-145°C再沸后，返回回收塔，其余流入萃取精馏塔I的第5块塔板，循环使用；其中，离子液体回收塔塔顶温度90-110°C，塔底温度为130-140°C，所述的回收塔的塔板数为20-35，采用减压精馏，操作压力为绝对压力0.2-0.3atm。
[0011]所述的离子液体阳离子为咪唑阳离子或者吡啶阳离子，阴离子为卤素阴离子、醋酸阴离子、双三氟甲磺酰亚胺阴离子、六氟磷酸阴离子、磷酸二丁酯阴离子或者三氟甲烷磺酸阴离子。可优选为1-丁基-4-甲基吡啶醋酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯盐、1-乙基_2，3- 二甲基咪唑溴盐、N- 丁基-4-甲基吡啶双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸盐。
[0012]所述方法中乙腈和水可为任意比例。
[0013]所述的乙腈-水混合物物料中两种成分质量比优选为乙腈:水=20-90:80-10。
[0014]本发明的有益效果为:所述离子液体能提高乙腈-水体系中乙腈的相对挥发度，降低溶剂比，并且随着离子液体质量分数的增加，汽相中乙腈的浓度增大。当离子液体的质量分数达到15%~60%时，可使乙腈-水的共沸点消失。由应用实例可知，当离子液体与乙腈-水的二元共沸物的质量比为1:4时，即可很好地进行萃取精馏，得到大于99%的乙腈，而使用乙二醇时的溶剂比为1:1或者1:2。对于乙腈-水体系，离子液体与水有较好的互溶性，可通过 化学亲和力、氢键力等与水作用，提高乙腈相对于水的挥发度。若从极性的角度考虑，乙腈分子极性远小于水分子，离子液体极性较强，离子液体-水分子间的相互作用远大于离子液体-乙腈分子的作用，从而使乙腈的相对挥发度提高，降低了溶剂比。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1:本发明所述的萃取精馏分离乙腈-水共沸物系的流程示意图。
[0016]附图标记说明
[0017]I萃取精馏塔，2第一再沸器，3第一冷凝器，4离子液体回收塔，5第二再沸器，6第
二冷凝器。
【具体实施方式】
[0018]本发明参照附图1详细说明如下，但仅作说明并不限制本发明。
[0019]本发明提供的萃取精馏分离乙腈-水共沸物系的方法包括的步骤详细描述如下:
[0020]I)取精馏塔I的实际板数为45，操作压力为101.325Kpa，离子液体常温下(20-30 0C)由第5块板进入，质量分数为85%的乙腈-15%的水的共沸混合物在常温(20-300C)由第30块板进入，塔顶上升蒸汽经第一冷凝器3冷凝，操作回流比为1-3，回流液由萃取精馏塔I的塔顶回流，采出液为质量分数大于99%的乙腈；萃取精馏塔I塔釜为离子液体和水的混合物，回流液经第一再沸器2于135-145?再沸后回流，其余进入离子液体回收塔4 ;其中，萃取精馏塔塔顶温度为70-90°C，塔底温度为130-140°C ;质量比为离子液体:乙腈-水混合物=1:1-6 ；
[0021]2)离子液体回收塔4的实际板数为30，采取减压精馏，绝压为0.2-0.3atm,由上一步骤得到的离子液体和水的混合物(130-140°C)由第18块板进入，塔顶上升水蒸气由第二冷凝器6冷凝，操作回流比为1-2.5，塔顶采出液为质量分数大于99.9%的水，可直接排放或作为工业用水循环使用。离子液体回收塔4塔釜为含有质量分数2-5%水的离子液体，回流液经第二再沸器5于135-145?再沸后，返回回收塔4，其余流入萃取精馏塔I的第5块塔板，循环使用；其中，回收塔塔顶温度90-11 (TC，塔底温度为130-140°C，
[0022]所述的离子液体具体为1- 丁基-4-甲基吡啶醋酸盐、1- 丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯盐、1-乙基_2，3- 二甲基咪唑溴盐、N- 丁基-4-甲基吡啶双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸盐。
[0023]应用实例1:萃取精馏塔I的实际板数为45，操作压力为101.325Kpa，操作回流比为1，塔顶温度控制在80°C左右，塔釜温度为135-136°C，25°C的离子液体1_ 丁基_4_甲基吡啶醋酸盐由第5块板进入，250C的质量分数为85%的乙腈-15%的水的共沸混合物由第30块板以3000kg/h的流量进入，控制离子液体与乙腈-水的质量比为1: 4，塔顶上升蒸汽由第一冷凝器3冷凝。回流液由萃取精馏塔I的塔顶回流，采出液为质量分数99.86%的乙腈。萃取精馏塔I塔釜为1- 丁基-4-甲基吡啶醋酸盐和水的混合物，回流液经第一再沸器2于135-140°C再沸后回流，其余由第18块板进入离子液体回收塔4。离子液体回收塔4的实际板数为30，采取减压精馏，绝压为0.2-0.3atm,回收塔4塔顶上升水蒸气由第二冷凝器6冷凝，操作回流比为1，塔顶采出液为质量分数99.9%的水。离子液体回收塔4塔釜为含有
2.27% (质量分数)水的1- 丁基-4-甲基吡啶醋酸盐，回流液经第二再沸器5于140-145°C再沸后，返回回收塔4，其余流入萃取精馏塔I的第5块塔板，循环使用。
[0024]以上流股浓度均为气相色谱分析结果。
[0025]本发明涉及的萃取精馏塔和离子液体回收塔均为普通精馏塔。
[0026]流股9中1- 丁基-4-甲基吡啶醋酸盐的质量分数为97.73%，能保证离子液体的循环利用，乙腈的浓度为99.86%，乙腈的收率为99.1%，离子液体回收塔4塔釜中的水的质量分数为99.9%，可直接排放或作为工业用水循环使用。
[0027]应用实例2:萃取精馏塔I的实际板数为45，操作压力为101.325Kpa，操作回流比为1，塔顶温度控制在80°C左右，塔釜温度为135-136°C，25°C的离子液体1_ 丁基_3_甲基咪唑磷酸二丁酯盐由第5块板进入，250C的质量分数为80%的乙腈-20%的水的混合物由第30块板以3000kg/h的流量进入，控制离子液体与乙腈-水的质量比为1:4，塔顶上升蒸汽由第一冷凝器3冷凝。回流液由萃取精馏塔的塔顶回流，采出液为质量分数99.91%的乙腈。萃取精馏塔I塔釜为1- 丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯盐和水的混合物，回流液经第一再沸器2于135-140°C再沸后回流，其余由第18块板进入离子液体回收塔4。回收塔4塔顶上升水蒸气由第二冷凝器6冷凝，操作回流比为1，塔顶采出液为质量分数99.9%的水。离子液体回收塔4塔釜为含有2.39% (质量分数)水的1- 丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯盐，部分经第二再沸器5于140-145°C再沸后，返回回收塔4，其余流入萃取精馏塔I的第5块塔板，循环使用。
[0028]以上流股浓度均为气相色谱分析结果。
[0029]流股9中1- 丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯盐的质量分数为97.61%，能保证离子液体的循环利用，乙腈的浓度为99.91%，乙腈的收率为99.3%，离子液体回收塔4塔釜中的水的质量分数为99.9%，可直接排放或作为工业用水循环使用。
[0030] 应用实例3:萃取精馏塔I的实际板数为45，操作压力为101.325Kpa，操作回流比为1，塔顶温度控制在80°c左右，塔釜温度为135-136°C，25°C的离子液体1-乙基_2，3-二甲基咪唑溴盐由第5块板进入，25°C的质量分数为90%的乙腈-10%的水的混合物由第30块板以3000kg/h的流量进入，控制离子液体与乙腈-水的质量比为1:4，塔顶上升蒸汽由第一冷凝器3冷凝。回流液由萃取精馏塔I的塔顶回流，采出液为质量分数99.89%的乙腈。萃取精馏塔I塔釜为1-乙基_2，3- 二甲基咪唑溴盐和水的混合物，回流液经第一再沸器2于135-140°C再沸后回流，其余由第18块板进入离子液体回收塔4。回收塔4塔顶上升水蒸气由第二冷凝器6冷凝，操作回流比为1，塔顶采出液为质量分数99.9%的水。离子液体回收塔4塔釜为含有2.31% (质量分数)水的1-乙基_2，3-二甲基咪唑溴盐，部分经第二再沸器5于140-145°C再沸后，返回回收塔4，其余流入萃取精馏塔I的第5块塔板，循环使用。
[0031] 以上流股浓度均为气相色谱分析结果。
[0032]流股9中1-乙基-2，3- 二甲基咪唑溴盐的质量分数为97.69%，能保证离子液体的循环利用，乙腈的浓度为99.89%，乙腈的收率为99.1%，离子液体回收塔4塔釜中的水的质量分数为99.9%，可直接排放或作为工业用水循环使用。
[0033]应用实例4:萃取精馏塔I的实际板数为45，操作压力为101.325Kpa，操作回流比为1，塔顶温度控制在80°C左右，塔釜温度为135-136°C，25°C的离子液体N-丁基-4-甲基吡啶双三氟甲磺酰亚胺盐由第5块板进入，25°C的质量分数为75%的乙腈-25%的水的混合物由第30块板以3000kg/h的流量进入，控制离子液体与乙腈-水的质量比为1:4，塔顶上升蒸汽由第一冷凝器3冷凝。回流液由萃取精馏塔I的塔顶回流，采出液为质量分数99.79%的乙腈。萃取精馏塔I塔釜为N- 丁基-4-甲基吡啶双三氟甲磺酰亚胺盐和水的混合物，回流液经第一再沸器2于135-140°C再沸后回流，其余由第18块板进入离子液体回收塔4。回收塔4塔顶上升水蒸气由第二冷凝器6冷凝，操作回流比为1，塔顶采出液为质量分数99.9%的水。离子液体回收塔4塔釜为含有2.43% (质量分数)水的N- 丁基-4-甲基吡啶双三氟甲磺酰亚胺盐，部分经第二再沸器5于140-145°C再沸后，返回回收塔4，其余流入萃取精馏塔I的第5块塔板，循环使用。
[0034]以上流股浓度均为气相色谱分析结果。
[0035]流股9中N- 丁基-4-甲基吡啶双三氟甲磺酰亚胺盐的质量分数为97.57%，能保证离子液体的循环利用，乙腈的浓度为99.79%，乙腈的收率为99.2%，离子液体回收塔4塔釜中的水的质量分数为99.9%，可直接排放或作为工业用水循环使用。
[0036]应用实例5:萃取精馏塔I的实际板数为45，操作压力为101.325Kpa，操作回流比为1，塔顶温度控制在80°C左右，塔釜温度为135-136°C，25°C的离子液体1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸盐由第5块板进入，25°C的质量分数为85%的乙腈-15%的水的共沸混合物由第30块板以3000kg/h的流量进入，控制离子液体与乙腈-水的质量比为1:4，塔顶上升蒸汽由第一冷凝器3冷凝。回流液由萃取精馏塔I的塔顶回流，采出液为质量分数99.75%的乙腈。萃取精馏塔I塔釜为1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸盐和水的混合物，回流液经第一再沸器2于135-140°C再沸后回流，其余由第18块板进入离子液体回收塔4。回收塔4塔顶上升水蒸气由第二冷凝器6冷凝，操作回流比为1，塔顶采出液为质量分数99.9%的水。离子液体回收塔4塔釜为含有2.35% (质量分数)水的1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸盐，部分经第二再沸器5于140-145°C再沸后，返回回收塔4，其余流入萃取精馏塔I的第5块塔板，循环使用。
[0037]以上流股浓度均为气相色谱分析结果。
[0038]流股9中1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸盐的质量分数为97.65%，能保证离子液体的循环利用，乙腈的浓度为99.75%，乙腈的收率为99.1%，离子液体回收塔4塔釜中的水的质量分数为99.9%，可直接排放或作为工业用水循环使用。
[0039]本发明未述事 宜为公知技术。
【权利要求】
1.一种采用离子液体萃取精馏分离乙腈-水共沸物系的工艺，其特征为包括以下步骤: O将离子液体常温下由第5块板注入萃取精馏塔，同时乙腈-水共沸混合物在常温下由第18-30块板进入，塔顶上升蒸汽经第一冷凝器冷凝，操作回流比为1-3，回流液由萃取精馏塔的塔顶回流，采出液为质量分数大于99%的乙腈；萃取精馏塔的塔釜为离子液体和水的混合物，回流液经第一再沸器于135-145?再沸后回流，其余进入离子液体回收塔；其中，所述的萃取精馏塔的塔板数为35-50，萃取精馏塔塔顶温度为70-90°C，塔底温度为130-1400C;其中，质量比为离子液体:乙腈-水混合物=1: 1-6 ;所述方法中乙腈和水可为任意比例； 2)由上一步骤得到的离子液体和水的混合物(130-140°C)由离子液体回收塔的第12-18块板进入，塔顶上升水蒸气经第二冷凝器冷凝，操作回流比为1-2.5，塔顶采出液为质量分数大于99.9%的水，可直接排放或作为工业用水循环使用，回流液由离子液体回收塔的塔顶回流；离子液体回收塔的塔釜为含有质量分数2-5%水的离子液体，经第二再沸器于135-145°C再沸后，返回回收塔，其余流入萃取精馏塔上部，循环使用；其中，离子液体回收塔塔顶温度90-110°C，塔底温度为130-140°C，所述的回收塔的塔板数为20-35，采用减压精馏，操作压力为绝对压力0.2-0.3atm ； 所述的离子液体阳离子为咪唑阳离子或者吡啶阳离子，阴离子为卤素阴离子、醋酸阴离子、双三氟甲磺酰亚胺阴离子、六氟磷酸阴离子、磷酸二丁酯阴离子或者三氟甲烷磺酸阴离子。
2.如权利要求1所述的采用离子液体萃取精馏分离乙腈-水共沸物系的工艺，其特征为所述的离子液体优选为1-丁基-4-甲基吡啶醋酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯盐、1-乙基_2，3-二甲基咪唑溴盐、N-丁基-4-甲基吡啶双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸盐。
3.如权利要求1所述的采用离子液体萃取精馏分离乙腈-水共沸物系的工艺，其特征为所述的乙腈-水混合物物料中两种成分质量比优选为乙腈:水=20-90:80-10。
【文档编号】B01D3/40GK103922963SQ201410154319
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月17日 优先权日:2014年4月17日
【发明者】方静, 李春利, 赵蕊, 王洪海, 刘婧, 余迎新 申请人:河北工业大学