一种分离异丙醇-水混合物的方法
【专利摘要】本发明提供一种分离异丙醇-水混合物的方法，采用任意比例的异丙醇-水混合物为原料，以离子液体或离子液体与有机溶剂组成的复合溶剂为萃取剂，原料经过萃取精馏阶段和萃取剂回收阶段后，异丙醇和水先后采出，萃取剂经过回收阶段采出后循环使用。本发明具有能耗小，对环境无污染；产品纯度高，易于工业化，设备费用小，经济效益好等优点。
【专利说明】—种分离异丙醇-水混合物的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于异丙醇-水混合物的分离【技术领域】，特别是涉及一种分离异丙醇-水混合物的方法。
【背景技术】
[0002]异丙醇作为一种优良的有机溶剂被广泛应用于抗生素类药物的生产，因此产生了大量含异丙醇的工业废水需回收处理。由于异丙醇与水共沸(共沸点80.3°C，其中异丙醇质量分数87.4%)，普通精馏难以得到高纯度异丙醇，应采用特殊精馏。目前，工业上常采用萃取精馏从异丙醇废水中回收异丙醇。
[0003]顾正桂等(CN1560008A)以甘油为萃取剂分离异丙醇-水物系，得到纯度大于99.5%的异丙醇，最佳操作条件是:溶剂比2.5，回流比4-5。中国专利CN102531836A公开了一种以乙二醇(或丙二醇)和醋酸盐为复合溶剂萃取精馏分离异丙醇-水的方法，该方法在溶剂比为2-5:1，回流比为0.2-2时得到纯度大于99.5%的异丙醇。中国专利CN1249294A公开了一种加盐萃取共沸精馏联合过程精制异丙醇的方法，该方法首先将低纯度异丙醇-水浓缩至72%-82%，以C6脂肪烃为萃取剂，无机盐的水溶液为盐析剂，按萃取剂:盐析剂:醇水溶液体积比2-3:0.8-1.5:1混合，萃取得到富含异丙醇的有机相，有机相进入普通精馏塔，在回流比1.5-2.5时得到纯度大于99.5%的异丙醇。
[0004]上述三种方法均存 在萃取剂用量大，回流比大，能耗高的缺点；方法二和方法三在萃取剂中引入无机盐，对生产设备有腐蚀性；方法三对原料纯度要求高，低纯度原料需预先提浓，增加了生产成本。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服上述技术中的不足，提供一种产品纯度高，收率高，能耗低，无腐蚀，生产成本低，萃取剂易回收无污染的分离异丙醇-水的方法。新方法以离子液体或离子液体与有机溶剂组成的复合溶剂为萃取剂分离异丙醇-水物系，并提供了应用于新方法的生产装置。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
[0007]—种分离异丙醇-水混合物的方法，所述方法采用连续性操作或间歇性操作:所述连续性操作包括精馏塔和回收塔，是以任意比例的异丙醇-水混合物为原料，以离子液体或离子液体与有机溶剂组成的复合溶剂为萃取剂，原料由第13-46块理论塔板、萃取剂由2-25块理论板分别进入到装有25-50块理论塔板数的所述精馏塔内，异丙醇由所述精馏塔塔顶采出，将萃取剂-水混合液由所述精馏塔塔釜采出后经由回收塔进料口进入回收塔，水由所述回收塔塔顶采出，萃取剂由所述回收塔塔釜采出后循环使用；
[0008]所述间歇性操作包括精馏塔，分为萃取精馏阶段和萃取剂回收阶段，所述萃取精馏阶段是以任意比例的异丙醇-水混合物为原料，以离子液体或离子液体与有机溶剂组成的复合溶剂为萃取剂，原料由第13-46块理论塔板、萃取剂由2-25块理论板分别进入到装有25-50块理论塔板数的所述精馏塔内或者直接将原料加入精馏塔的塔釜内，萃取剂由2-25块理论板进入到装有25-50块理论塔板数的所述精馏塔内，异丙醇由所述精馏塔塔顶采出后，将萃取剂-水混合液留在精馏塔塔釜并在精馏塔内进行萃取剂回收阶段的操作，水由所述精馏塔塔顶采出，萃取剂由所述精馏塔塔釜采出并收集后循环使用。
[0009]所述的离子液体为阳离子为咪唑离子的非AlCl3型离子液体中的一种或两种以上的混合物。
[0010]优选地，所述的离子液体是1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐，1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐一种或两种以上的混合物。
[0011]优选地，所述的有机溶剂为低碳数醇类或N，N- 二甲基甲酰胺或N，N- 二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮类高沸点且水溶性较好的溶剂。
[0012]更优选地，所述的有机溶剂为乙二醇或丙三醇。
[0013]所述连续性操作流程中所述精馏塔操作压力为50-101.3kPa，回流比为0.2-3.0,萃取剂的加入量与原料的质量比为(0.1-4.0):1，所述回收塔操作压力为55-101.3kPa ；
[0014]所述间歇性操作流程中萃取精馏阶段的所述精馏塔操作压力为50-101.3kPa，回流比为0.2-3.0，萃取剂的加入量与原料的质量比为(0.1-4.0):1，萃取回收阶段的所述精馏塔操作压力为55-101.3kPa。
[0015]优选地，所述连续性操作流程中所述精馏塔操作压力为101.3kPa，回流比为0.2-1.0，萃取剂的加入量与原料的质量比为(0.1-1):1，所述回收塔操作压力为55_95kPa ；
[0016]所述间歇性操作流程中萃取精馏阶段的所述精馏塔操作压力为101.3kPa，回流比为0.2-1.0，萃取剂的加入量与原料的质量比为(0.1-1):1，萃取回收阶段的所述精馏塔操作压力为55-95kPa。
[0017]本发明的另一目的在于提供一种用于分离异丙醇-水混合物的方法的精馏装置，所述连续性操作的精馏装置包括装有25-50块理论塔板数的精馏塔和回收塔，所述精馏塔的塔釜的出料口与所述回收塔的进料口相连通，所述回收塔底部的出料口与所述精馏塔的萃取剂进料口相连通，所述精馏塔的原料进料口、萃取剂进料口分别设于所述精馏塔的第13-46块理论塔板处和第2-25块理论塔板处；所述回收塔的进料口设于所述回收塔中下部;
[0018]所述间歇性操作的精馏装置包括装有25-50块理论塔板数的精馏塔，所述精馏塔的原料进料口、萃取剂进料口分别设于所述精馏塔的第13-46块理论塔板处和第2-25块理论塔板处。
[0019]本发明具有的有益效果是:
[0020]本发明以离子液体或离子液体与有机溶剂组成的复合溶剂为萃取剂，能显著增加异丙醇-水的相对挥发度实现物系的高效分离。与中国专利CN1560008A、CN102531836A、CN1249294A相比，本发明的方法在较小的萃取剂用量和回流比(本发明中较佳溶剂比≤1，精馏塔较佳回流比< I)下即可得到纯度大于99.9%的异丙醇产品，节能效果非常显著。与中国专利CN102531836A、CN1249294A相比，本发明的方法以离子液体和低碳数醇类为萃取剂，对生产设备无腐蚀，使用安全性高。与中国专利CN1249294A相比，本发明的方法对原料纯度无要求，可处理任意组成的异丙醇-水物系，节约了因原料提浓造成的生产成本和能耗。使用本发明的方法得到的异丙醇纯度大于99.9%，收率大于99.0%，均高于前述三种工艺方案。
[0021]此外，本发明的方法以绿色溶剂离子液体和低碳数醇类为萃取剂，无腐蚀，无污染，无损耗，易回收，可循环使用；本发明提供的生产装置简单，易于操作，处理量大，能耗低，经济效益好。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明中用于分离异丙醇-水混合物的连续性操作精馏装置。
[0023]图中，Tl-精馏塔；T2-回收塔；F1_精馏塔原料进料口 ；F2_精馏塔萃取剂进料口 ；Pl-精馏塔的塔顶出料口 ；P2-回收塔的塔顶出料口 ；S1-精馏塔塔釜出料口 ；S2-回收塔的塔釜出料口 ；1，2-塔釜再沸器；3，4-塔顶冷凝器。
[0024]图2是本发明中用于分离异丙醇-水混合物的间歇性操作精馏装置。
[0025]图中，Tl-精馏塔；F1_精馏塔原料进料口 ；P1-精馏塔的塔顶出料口 ；S1_精馏塔塔釜出料口 ； 1-塔釜再沸器；3-塔顶冷凝器。
[0026]使用时，可以按照图1所示，采用连续性操作，将异丙醇-水原料从装有25-50块理论塔板数的精馏塔Tl的第13-46块理论塔板处的原料进料口 Fl进入到精馏塔Tl内；萃取剂从精馏塔的第2-25块理论塔板处的萃取剂进料口 F2进入到精馏塔Tl内，经过萃取精馏后，异丙醇从精馏塔Tl的塔顶出料口 Pl采出；萃取剂-水混合液由精馏塔塔釜的出料口SI采出后，进入回收塔T2内，分离后，水从回收塔T2的塔顶出料口 P2采出；萃取剂从回收塔塔釜的出料口 S2采出后继续通过精馏塔的萃取剂进料口 F2加入到精馏塔内，循环使用。
[0027]还可以按照图2所示，采用间歇性操作，包括萃取精馏阶段和萃取剂回收阶段，萃取精馏阶段可以采用两种进料方式，一种是将异丙醇-水原料从装有25-50块理论塔板数的精馏塔Tl的第13-46块理论塔板处的原料进料口 Fl进入到精馏塔Tl内；萃取剂从精馏塔的第5-6块理论塔板处的萃取剂进料口 F2进入到精馏塔Tl内，另一种是直接将异丙醇-水原料加入到精馏塔塔釜内，而萃取剂从精馏塔的第2-25块理论塔板处的萃取剂进料口 F2进入到精馏塔Tl内。经过萃取精馏后，异丙醇从精馏塔Tl的塔顶出料口 Pl采出，萃取剂-水混合液留在精馏塔塔釜内，在精馏塔内进入萃取剂回收阶段，即萃取精馏阶段完成后，用精馏塔代替回收塔进行萃取剂的回收，将萃取精馏阶段所得到的萃取剂-水混合液经过回收后，水从精馏塔Tl的塔顶出料口 Pl采出，萃取剂由精馏塔塔釜的出料口 SI采出收集后，循环使用。
【具体实施方式】
[0028]下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不限定本发明的保护范围。
[0029]实施例1
[0030]按附图1所示工艺流程，精馏塔50块理论板，原料(异丙醇5%、水95%，质量分数，以下同)以lOOOkg/hr的流量从第46块理论板进料，萃取剂为1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐与丙三醇体积比1.5:1组成的复合萃取剂，从第5块理论板进料，操作压力为50kPa，溶剂比4.0,回流比1，回收塔操作压力95kPa。精馏塔塔顶采出量993.7kg/hr，组成:异丙醇99.93%，水0.07%，异丙醇收率99.3%。回收塔塔底采出萃取剂，含水量0.13%，返回精馏塔循环使用。
[0031]实施例2
[0032]按附图1所示工艺流程，精馏塔25块理论板，原料(异丙醇25%、水75%)以IOOOkg/hr的流量从第24块理论板进料，萃取剂为1- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，从第2块理论板进料，操作压力为101.3kPa，溶剂比1，回流比3.0,回收塔操作压力80kPa。精馏塔塔顶采出量248.lkg/hr，组成:异丙醇99.95%，水0.05%，异丙醇收率99.2%。回收塔塔底采出萃取剂，含水量0.11%，返回精馏塔循环使用。
[0033]实施例3
[0034]按附图1所示工艺流程，精馏塔35块理论板，原料(异丙醇45%、水55%)以1200kg/hr的流量从第30块理论板进料，萃取剂为1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐，从第5块理论板进料，操作压力为85kPa，溶剂比0.8，回流比0.5，回收塔操作压力75kPa。精馏塔塔顶采出量537.5kg/hr，组成:异丙醇99.96%，水0.04%,异丙醇收率99.5%。回收塔塔底采出萃取剂，含水量0.10%，返回精馏塔循环使用。
[0035]实施例4
[0036]按附图1所示工艺流程，精馏塔35块理论板，原料(异丙醇65%、水35%)以1200kg/hr的流量从第30块理论板进料，萃取剂为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐与1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐以体积比1:1组成的复合萃取剂，从第5块理论板进料，操作压力为101.3kPa，溶剂比0.5，回流比0.5，回收塔操作压力60kPa。精馏塔塔顶采出量775.5kg/hr，组成:异丙醇99.98%，水0.02%，异丙醇收率99.4%。回收塔塔底采出萃取剂，含水量0.09%,返回精馏塔循环使用。
[0037]实施例5
[0038]按附图1所示工艺流程，精馏塔35块理论板，原料(异丙醇80%、水20%)以IOOOkg/hr的流量从第30块理论板进料，萃取剂为1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，从第5块理论板进料，操作压力为90kPa，溶剂比0.2，回流比0.5，回收塔操作压力55kPa。精馏塔塔顶采出量797.0kg/hr，组成:异丙醇99.97%，水0.03%，异丙醇收率99.6%。回收塔塔底采出萃取剂，含水量0.05%,返回精馏塔循环使用。
[0039]实施例6
[0040]按附图1所示工艺流程，精馏塔30块理论板，原料(异丙醇95%、水5%)以IOOOkg/hr的流量从第25块理论板进料，萃取剂为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐与乙二醇体积比1: 1.5组成的复合萃取剂，从第5块理论板进料，操作压力为65kPa，溶剂比0.1，回流比0.2，回收塔操作压力60kPa。精馏塔塔顶采出量945.3kg/hr，组成:异丙醇99.99%，水
0.01%，异丙醇收率99.5%。回收塔塔底采出萃取剂，含水量0.07%，返回精馏塔循环使用。
[0041]实施例7
[0042]按附图2所示工艺流程，原料含异丙醇70%、水30%，一次性投料500kg到装有30块理论板的精馏塔塔釜内，萃取剂为1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐与丙三醇等体积混合组成的复合溶剂，从塔顶进料。萃取精馏阶段:萃取剂用量227kg，操作压力为101.3kPa，回流比0.3，塔顶采出异丙醇348.2kg，纯度99.92%，收率99.4%。萃取剂回收阶段:精馏塔操作压力55kPa，无回流，塔顶先采出中间相1.8kg，含异丙醇44.4% ;随后采出水，塔釜最终得到225.2kg萃取剂，含水量0.04%，可循环使用。
[0043]以上对本发明的较佳实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
【权利要求】
1.一种分离异丙醇-水混合物的方法，其特征在于:所述方法采用连续性操作或间歇性操作:所述连续性操作包括精馏塔和回收塔，是以任意比例的异丙醇-水混合物为原料，以离子液体或离子液体与有机溶剂组成的复合溶剂为萃取剂，原料由第13-46块理论塔板、萃取剂由2-25块理论板分别进入到装有25-50块理论塔板数的所述精馏塔内，异丙醇由所述精馏塔塔顶采出，将萃取剂-水混合液由所述精馏塔塔釜采出后经由回收塔进料口进入回收塔，水由所述回收塔塔顶采出，萃取剂由所述回收塔塔釜采出后循环使用； 所述间歇性操作包括精馏塔，分为萃取精馏阶段和萃取剂回收阶段，所述萃取精馏阶段是以任意比例的异丙醇-水混合物为原料，以离子液体或离子液体与有机溶剂组成的复合溶剂为萃取剂，原料由第13-46块理论塔板、萃取剂由2-25块理论板分别进入到装有25-50块理论塔板数的所述精馏塔内或者直接将原料加入精馏塔的塔釜内，萃取剂由2-25块理论板进入到装有25-50块理论塔板数的所述精馏塔内，异丙醇由所述精馏塔塔顶采出后，将萃取剂-水混合液留在精馏塔塔釜并在精馏塔内进行萃取剂回收阶段的操作，水由所述精馏塔塔顶采出，萃取剂由所述精馏塔塔釜采出并收集后循环使用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述的离子液体为阳离子为咪唑离子的非AlCl3型离子液体中的一种或两种以上的混合物。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于:所述的离子液体是1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐，1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述的有机溶剂为低碳数醇类或N，N-二甲基甲酰胺或N，N- 二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮类高沸点且水溶性较好的溶剂。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于:所述的有机溶剂为乙二醇或丙三醇。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于:所述连续性操作流程中所述精馏塔操作压力为50-101.3k Pa，回流比为0.2-3.0，萃取剂的加入量与原料的质量比为(0.1-4.0):1，所述回收塔操作压力为55-101.3kPa ； 所述间歇性操作流程中萃取精馏阶段的所述精馏塔操作压力为50-101.3kPa，回流比为0.2-3.0，萃取剂的加入量与原料的质量比为(0.1-4.0):1，萃取回收阶段的所述精馏塔操作压力为55-101.3kPa。
7.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于:所述连续性操作流程中所述精馏塔操作压力为101.3kPa，回流比为0.2-1.0，萃取剂的加入量与原料的质量比为(0.1-1):I，所述回收塔操作压力为55-95kPa ； 所述间歇性操作流程中萃取精馏阶段的所述精馏塔操作压力为101.3kPa，回流比为0.2-1.0，萃取剂的加入量与原料的质量比为(0.1-1):1，萃取回收阶段的所述精馏塔操作压力为55-%kPa。
8.一种用于权利要求1所述方法的精馏装置，其特征在于:所述连续性操作的精馏装置包括装有25-50块理论塔板数的精馏塔和回收塔，所述精馏塔的塔釜的出料口与所述回收塔的进料口相连通，所述回收塔底部的出料口与所述精馏塔的萃取剂进料口相连通，所述精馏塔的原料进料口、萃取剂进料口分别设于所述精馏塔的第13-46块理论塔板处和第2-25块理论塔板处；所述回收塔的进料口设于所述回收塔的中下部； 所述间歇性操作的精馏操作包括装有25-50块理论塔板数的精馏塔，所述精馏塔的原料进料口、萃取剂进料口分别设于所述精馏塔的 第13-46块理论塔板处和第2-25块理论塔板处。
【文档编号】C07C31/10GK103467246SQ201310365774
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】张学岗, 张静, 安喜报, 迟娜 申请人:天津科林泰克科技有限公司