本发明属于萃取精馏分离技术领域，涉及分离乙酸和水混合物的方法，尤其涉及一种双效热集成萃取精馏分离乙酸和水混合物的方法。
背景技术：
乙酸，也称醋酸，是化学工业中极其重要的合成原料和有机溶剂，是应用最广泛的有机羧酸之一。作为原料，用于生产醋酸乙烯、醋酐、醋酸酯、醋酸纤维等工业产品。作为溶剂，用于有机化合物(对苯二甲酸等)的提纯，并在制药、印染、橡胶和食品等行业中有广泛应用。
在以上化工生产中，会产生大量乙酸和水的混合物，为降低生产成本，减少环境污染，回收乙酸水溶液中的乙酸以重复利用，不仅可变废为宝，还可提高企业的经济效益。但是乙酸和水属于低沸点难分离均相混合物，它们的相对挥发度接近于1，所以实现二者的分离十分困难。
关于乙酸和水的萃取精馏分离过程，目前已有一些文献报道，如胡兴兰等(天然气化工，2004,9(1)，37)，李新利等(四川化工，2006,9(2)，40)，朱登磊等(计算机与应用化学，2010,27(6)，791),韩淑萃等(广东化工，2012,39(9)，177)。但是，以上报道仅仅涉及常规萃取精馏过程的设计，不涉及萃取精馏过程的热集成，且普遍存在回流比大、过程能耗高，产品纯度和收率偏低的缺点。
关于乙酸和水混合物的双效热集成萃取精馏分离，目前尚未见文献报道。
技术实现要素：
因此，本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种双效热集成萃取精馏分离乙酸和水混合物的方法，实现能量双效利用，达到节能减排的目的，降低分离成本。
本发明双效热集成萃取精馏分离乙酸和水混合物的方法中，
所用萃取剂为n-甲基乙酰胺；
所用分离设备包括萃取精馏塔、换热器和萃取剂回收塔，所述萃取精馏塔装有25-50块理论板，所述萃取剂回收塔装有20-40块理论板；
分离过程中，待分离乙酸和水的混合物由第10-25块理论板进入所述萃取精馏塔，萃取剂由第3-15块理论板进入所述萃取精馏塔，所述萃取精馏塔顶部生成的水蒸汽经冷凝后按预设回流比采出，所述萃取精馏塔底部的乙酸和萃取剂采出后分为循环物流和出料物流；循环物流经过所述换热器加热后返回进入所述萃取精馏塔；出料物流由第3-12块理论板进入所述萃取剂回收塔，所述萃取剂回收塔底部采出可循环使用的萃取剂，所述萃取剂回收塔顶部生成的乙酸蒸汽经所述换热器冷凝后按预设回流比采出；所述萃取精馏塔的操作压力低于所述萃取剂回收塔的操作压力，所述萃取剂回收塔的塔顶温度高于萃取精馏塔的塔底温度。
较佳的，所述萃取精馏塔装有30-45块理论板，待分离乙酸和水的混合物由第14-20块理论板进入，萃取剂由第3-10块理论板进入。
较佳的，所述待分离乙酸和水的混合物中乙酸含量为20％-80％。
较佳的，萃取剂与所述待分离乙酸和水的混合物流量之比为0.1-1.0。基于气液相平衡实验数据，经过严格气液相平衡计算，当n-甲基乙酰胺含量为0.1时，水对乙酸的相对挥发度可达到2以上，足以满足分离水和乙酸的目的。
较佳的，所述萃取精馏塔的回流比为0.2-1.2。
较佳的，所述萃取剂回收塔的回流比为1-6。
较佳的，所述萃取精馏塔的操作压力为0.1-1atm。
较佳的，所述萃取剂回收塔的操作压力为1.5-5atm。
较佳的，所述萃取精馏塔塔顶温度在45-100℃，塔底温度在120-160℃。
较佳的，所述萃取剂回收塔塔顶温度在130-180℃，塔底温度在220-280℃。
较佳的，所述循环物流经过所述换热器加热后还可经补充再沸器加热，再返回进入所述萃取精馏塔。
本发明的积极进步效果在于：
所述方法以n-甲基乙酰胺作为萃取剂，不仅可以有效降低萃取剂用量，同时采用双效热集成工艺，萃取精馏塔和萃取剂回收塔的操作压力不同，相应的萃取剂回收塔的塔顶温度会高于萃取精馏塔的塔底温度，因此，可以通过所述换热器，用萃取剂回收塔塔顶待冷凝物流(即所述乙酸蒸汽)为萃取精馏塔塔底待再沸物流(即所述循环物流)提供热量，实现能量的二次利用。而且所述换热器将原有的萃取精馏塔的塔底再沸器和萃取剂回收塔的塔顶冷凝器两者的功能合二为一，可大量节省设备投资成本。综上，使用所述方法分离乙酸和水时，萃取剂与混合物流量之比低，乙酸和水混合物组成范围宽，能耗低，设备投资小，产品纯度和收率高，工艺安全、环保、无污染，可实现清洁生产。
附图说明
图1是双效热集成萃取精馏分离乙酸和水混合物的流程图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，给出以下系列具体实施例，但本发明并不受这些具体实施例的限制，任何了解该领域的技术人员对本发明的些许改动将可以达到类似的结果，这些改动也包含在本发明之中。
图1所示为本发明的双效热集成萃取精馏分离乙酸和水混合物的流程图。待分离乙酸和水混合物1进入萃取精馏塔2，在萃取精馏塔2塔顶得到高纯度的水物流3，塔底得到乙酸和萃取剂的混合物物流4，物流4分为萃取精馏塔塔底循环物流5和出料物流6，其中循环物流5进入换热器7中与来自于萃取剂回收塔塔顶的物流10进行热量交换，换热后经过补充再沸器8补足热量后循环回萃取精馏塔塔底。萃取精馏塔2的塔底出料物流6进入萃取剂回收塔9，在萃取剂回收塔9的塔顶得到高纯度乙酸蒸汽物流10，物流10进入换热器7中与来自萃取精馏塔塔底的循环物流5进行热量交换冷却为饱和液体后，分为萃取剂回收塔塔顶出料物流11和循环物流12，循环物流12返回进入萃取剂回收塔。萃取剂回收塔塔底出料物流13经过冷却后，与萃取剂补充物流14混合，混合后进入萃取精馏塔2中，实现萃取剂的循环利用。
实施例1
以19517.0kg/h的乙酸含量为76.9wt％的乙酸和水混合液为例：
萃取精馏塔共41块塔板，回流比为0.73，操作压力为0.2atm，新鲜物料从第16块塔板进入萃取精馏塔，萃取剂(n-甲基乙酰胺)以流量为16321.8kg/h的速率(摩尔比为0.45)从第6块塔板进入萃取精馏塔。萃取精馏塔塔顶温度为60.4℃，冷凝器热负荷为5.10mw，塔底温度为131.7℃，补充再沸器热负荷2.79mw。萃取剂回收塔共28块塔板，回流比为1.17，操作压力为1.8atm，乙酸和萃取剂混合溶液从第7块塔板进入萃取剂回收塔，萃取剂回收塔塔顶温度为138.3℃，塔底温度为233.6℃，再沸器热负荷为4.99mw。无热集成时所需热负荷为11.45mw，有热集成时被二次利用的热量为3.67mw，节能32.1％。萃取精馏塔塔顶得到纯度为99.9％的水，萃取剂回收塔塔顶得到纯度为99.91％的乙酸。
实施例2
以19517.0kg/h的乙酸含量为76.9wt％的乙酸和水混合液为例：
萃取精馏塔共41块塔板，回流比为0.72，操作压力为0.1atm，新鲜物料从第19块塔板进入萃取精馏塔，萃取剂(n-甲基乙酰胺)以流量为17885.0kg/h的速率(摩尔比为0.49)从第4块塔板进入萃取精馏塔。萃取精馏塔塔顶温度为46.1℃，冷凝器热负荷为5.16mw，塔底温度为126.7℃，补充再沸器热负荷1.59mw。萃取剂回收塔共28块塔板，回流比为1.89，操作压力为1.5atm，乙酸和萃取剂混合溶液从8块塔板进入萃取剂回收塔，萃取剂回收塔塔顶温度为131.7℃，塔底温度为226.4℃，再沸器热负荷为6.20mw。无热集成时所需热负荷为12.61mw，有热集成时被二次利用的热量为4.82mw，节能38.2％。萃取精馏塔塔顶得到纯度为99.9％的水，萃取剂回收塔塔顶得到纯度为99.9％的乙酸。
实施例3
以19517.0kg/h的乙酸含量为76.9wt％的乙酸和水混合液为例：
萃取精馏塔共41块塔板，回流比为0.8，操作压力为0.4atm，新鲜物料从第16块塔板进入萃取精馏塔，萃取剂(n-甲基乙酰胺)以流量为15049.5kg/h的速率(摩尔比为0.41)从第4块塔板进入萃取精馏塔。萃取精馏塔塔顶温度为76.2℃，冷凝器热负荷为4.90mw，塔底温度为141.0℃，补充再沸器热负荷2.85mw。萃取剂回收塔共28块塔板，回流比为1.13，操作压力为3atm，乙酸和萃取剂混合溶液从9块塔板进入萃取剂回收塔，萃取剂回收塔塔顶温度为157.9℃，塔底温度为256.0℃，再沸器热负荷为5.11mw。无热集成时所需热负荷为11.57mw，有热集成时被二次利用的热量为3.61mw，节能31.2％。萃取精馏塔塔顶得到纯度为99.9％的水，萃取剂回收塔塔顶得到纯度为99.9％的乙酸。
实施例4
以9188.0kg/h的乙酸含量为58.8wt％的乙酸和水混合液为例：
萃取精馏塔共41块塔板，回流比为0.30，操作压力为0.5atm，新鲜物料从第18块塔板进入萃取精馏塔，萃取剂(n-甲基乙酰胺)以流量为7904.7kg/h的速率(摩尔比为0.36)从第6块塔板进入萃取精馏塔。萃取精馏塔塔顶温度为81.7℃，冷凝器热负荷为3.16mw，塔底温度为156.4℃，补充再沸器热负荷1.67mw。萃取剂回收塔共28块塔板，回流比为1.47，操作压力为4.0atm，乙酸和萃取剂混合溶液从5块塔板进入萃取剂回收塔，萃取剂回收塔塔顶温度为169.9℃，塔底温度为270.0℃，再沸器热负荷为2.26mw。无热集成时所需热负荷为6.34mw，有热集成时被二次利用的热量为1.51mw，节能23.8％。萃取精馏塔塔顶得到纯度为99.9％的水，萃取剂回收塔塔顶得到纯度为99.9％的乙酸。
实施例5
以9188.0kg/h的乙酸含量为58.8wt％的乙酸和水混合液为例：
萃取精馏塔共38块塔板，回流比为0.30，操作压力为0.2atm，新鲜物料从第18块塔板进入萃取精馏塔，萃取剂(n-甲基乙酰胺)以流量为8036.1kg/h的速率(摩尔比为0.37)从第7块塔板进入萃取精馏塔。萃取精馏塔塔顶温度为60.4℃，冷凝器热负荷为3.25mw，塔底温度为137.7℃，补充再沸器热负荷0.82mw。萃取剂回收塔共23块塔板，回流比为4.10，操作压力为2atm，乙酸和萃取剂混合溶液从6块塔板进入萃取剂回收塔，萃取剂回收塔塔顶温度为141.6℃，塔底温度为238.0℃，再沸器热负荷为3.71mw。无热集成时所需热负荷为7.63mw，有热集成时被二次利用的热量为3.10mw，节能40.6％。萃取精馏塔塔顶得到纯度为99.9％的水，萃取剂回收塔塔顶得到纯度为99.9％的乙酸。
实施例6
以9188.0kg/h的乙酸含量为58.8wt％的乙酸和水混合液为例：
萃取精馏塔共45块塔板，回流比为0.33，操作压力为0.2atm，新鲜物料从第19块塔板进入萃取精馏塔，萃取剂(n-甲基乙酰胺)以流量为7692.8kg/h的速率(摩尔比为0.35)从第6块塔板进入萃取精馏塔。萃取精馏塔塔顶温度为60.4℃，冷凝器热负荷为3.31mw，塔底温度为141.0℃，补充再沸器热负荷0.95mw。萃取剂回收塔共32块塔板，回流比为4.05，操作压力为2.5atm，乙酸和萃取剂混合溶液从7块塔板进入萃取剂回收塔，萃取剂回收塔塔顶温度为150.6℃，塔底温度为248.2℃，再沸器热负荷为3.70mw。无热集成时所需热负荷为7.69mw，有热集成时被二次利用的热量为3.04mw，节能39.5％。萃取精馏塔塔顶得到纯度为99.9％的水，萃取剂回收塔塔顶得到纯度为99.9％的乙酸。
实施例7
以7296.3kg/h的乙酸含量为37.0wt％的乙酸和水混合液为例：
萃取精馏塔共35块塔板，回流比为0.33，操作压力为0.2atm，新鲜物料从第17块塔板进入萃取精馏塔，萃取剂(n-甲基乙酰胺)以流量为3717.9kg/h的速率(摩尔比为0.17)从第4块塔板进入萃取精馏塔。萃取精馏塔塔顶温度为60.4℃，冷凝器热负荷为4.02mw，塔底温度为135.4℃，补充再沸器热负荷3.22mw。萃取剂回收塔共23块塔板，回流比为2.82，操作压力为2.5atm，乙酸和萃取剂混合溶液从6块塔板进入萃取剂回收塔，萃取剂回收塔塔顶温度为150.6℃，塔底温度为247.0℃，再沸器热负荷为1.49mw。无热集成时所需热负荷为5.86mw，有热集成时被二次利用的热量为1.15mw，节能19.6％。萃取精馏塔塔顶得到纯度为99.9％的水，萃取剂回收塔塔顶得到纯度为99.9％的乙酸。
实施例8
以9188kg/h的乙酸含量为58.8wt％的乙酸和水混合液为例：
萃取精馏塔共33块塔板，回流比为0.40，操作压力为0.5atm，新鲜物料从第15块塔板进入萃取精馏塔，萃取剂(n-甲基乙酰胺)以流量为6538.5kg/h的速率(摩尔比为0.30)从第4块塔板进入萃取精馏塔。萃取精馏塔塔顶温度为81.7℃，冷凝器热负荷为3.41mw，塔底温度为148.4℃，补充再沸器热负荷0.38mw。萃取剂回收塔共20块塔板，回流比为5.33，操作压力为3.3atm，乙酸和萃取剂混合溶液从4块塔板进入萃取剂回收塔，萃取剂回收塔塔顶温度为161.7℃，塔底温度为259.7℃，再沸器热负荷为4.41mw。无热集成时所需热负荷为8.59mw，有热集成时被二次利用的热量为3.80mw，节能44.2％。萃取精馏塔塔顶得到纯度为99.9％的水，萃取剂回收塔塔顶得到纯度为99.9％的乙酸。
实施例9
以9188kg/h的乙酸含量为58.8wt％的乙酸和水混合液为例：
萃取精馏塔共33块塔板，回流比为0.45，操作压力为0.8atm，新鲜物料从第14块塔板进入萃取精馏塔，萃取剂(n-甲基乙酰胺)以流量为5726.6kg/h的速率(摩尔比为0.26)从第5块塔板进入萃取精馏塔。萃取精馏塔塔顶温度为93.9℃，冷凝器热负荷为3.48mw，塔底温度为156.9℃，补充再沸器热负荷2.29mw。萃取剂回收塔共22块塔板，回流比为2.40，操作压力为4.2atm，乙酸和萃取剂混合溶液从4块塔板进入萃取剂回收塔，萃取剂回收塔塔顶温度为171.9℃，塔底温度为272.1℃，再沸器热负荷为2.61mw。无热集成时所需热负荷为6.94mw，有热集成时被二次利用的热量为2.04mw，节能29.4％。萃取精馏塔塔顶得到纯度为99.9％的水，萃取剂回收塔塔顶得到纯度为99.9％的乙酸。
由上述各实施例可知，由于萃取精馏塔和萃取剂回收塔的操作压力不同，相应的萃取剂回收塔的塔顶温度会高于萃取精馏塔的塔底温度，因此，可以用萃取剂回收塔塔顶待冷凝物流为萃取精馏塔塔底待再沸物流提供热量，实现能量的二次利用，节能可达20％～44％。与此同时，换热器7既充当萃取精馏塔的塔底再沸器，同时还充当萃取剂回收塔的塔顶冷凝器，将二者功能合二为一，相当于节省了一个冷凝器，可大量节省设备投资成本。而且使用本发明的方法，萃取剂与混合物流量之比低，乙酸和水混合物组成范围宽，能耗低，产品纯度和收率高，分离后的乙酸和水的产品纯度均在99.9％以上，工艺安全、环保、无污染，可实现清洁生产。
以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可做出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。