一种连续萃取精馏分离异丁醇和异丁酸乙酯共沸物的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种连续萃取精馏分离异丁醇和异丁酸乙酯共沸物的方法，其中主要涉及到异丁醇和异丁酸乙酯共沸物的萃取精馏。
【背景技术】
[0002]萃取精馏是特殊精馏分离技术一种，适合于普通蒸馏分离方法无法分离的共沸体系。萃取精馏最重要的是萃取剂的选择。萃取剂的选择主要取决于被选溶剂对待分离物中A、B组分选择性的大小，使A、B两组分的相对挥发度增大。萃取剂一般是从塔的上部加入，物料从塔的中下部加入。
[0003]离子液体是一类新型的绿色介质，具有不易挥发、导电性强、粘度大、蒸气压小、性质稳定、可设计性、对许多无机盐和有机物有良好的溶解性等优点，因而其应用领域非常广泛，目前离子液体已在萃取分离、电化学、化学、环境、生物技术、材料等诸多领域都得到开发和应用。基于离子液体萃取效率高、可循环利用等优点，其在传统的萃取中的应用研究很多，并且具有广泛的应用前景。本发明采用的离子液体[Emim] [0AC]是1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐。中国专利CN102627556A，一种萃取精馏分离甲酸乙酯-乙醇-水的工艺，萃取剂选用单纯的乙二醇。由于体系中存在水，在稳定性能上存在缺陷。而离子液体可以解决这方面的缺陷，而且具有较高的分离效率。
[0004]异丁醇的化学分子式为=C4HltlO,常温下为无色透明的液体，可以用作高级溶剂、有机合成的原料。由于异丁醇和异丁酸乙酯形成共沸物(异丁醇的质量分数为52%)而难以分离，如不回收，不仅会污染环境，而且增加生产成本，因此开发异丁醇-异丁酸乙酯共沸混合物的分离方法有重要的意义。有关萃取精馏方面的文章和专利很多，尚未见公开发表的异丁醇-异丁酸乙酯共沸体系萃取精馏分离方面的资料。
【发明内容】
[0005]本发明的在于一种连续萃取精馏分离异丁醇和异丁酸乙酯共沸物的方法，由于目前现有的普通分离技术在两者分离上很难实现，而且具有较高的能耗，所以市场前景不大。通过本发明，可以最终得到高纯度的两种产品，而且萃取剂可以回收利用，既节省溶剂的费用，又能减低对环境的污染。
[0006]萃取精馏过程中，萃取精馏塔和溶剂回收塔是两个必不可少的设备，因此，萃取精馏过程一般采用双塔流程。萃取精馏最终得到的产品的是否合格，不仅与塔的结构设计、整个工艺流程是否合理有关，而且对萃取剂的选择有着较高的要求。本发明针对异丁醇和异丁酸乙酯共沸物的分离，采用乙二醇与离子液体做萃取剂，其中离子液体为的质量分数为5%~15%[Emim][OAc]。
[0007]本发明采用的技术方案如下:
一种连续萃取精馏分离异丁醇和异丁酸乙酯共沸物的方法，其特征在于:萃取精馏过程采用双塔流程，又萃取精馏塔和溶剂回收塔组成，采用乙二醇与[Emim] [OAc]做萃取剂。
[0008]根据分析，加入萃取剂后，异丁酸乙酯为轻组分，从I塔塔顶得到；异丁醇为重组分，从I塔塔底得到。
[0009]本发明采用乙二醇与[Emim] [OAc]为萃取剂进行萃取精馏，在萃取精馏塔的塔顶得到高纯度的异丁酸乙酯，在溶剂回收塔的塔顶得到高纯度的异丁醇，在溶剂回收塔的塔底得到高浓度的乙二醇，可以回流到溶剂罐中，作为溶剂的补充。
[0010]异丁醇和异丁酸乙酯的混合物在共沸组成下，相对挥发度等于1，气相液相组成相同。加入萃取剂的作用是改变两种组分的相对挥发度，并使相对挥发度大于或等于1.5，否则该工艺就是不经济的。
[0011]本发明过程中，异丁酸乙酯为轻组分，异丁醇为重组分，通过采用乙二醇与[bmim][OAc]做萃取剂，由于极性的原因萃取剂乙二醇将异丁醇带走，并且塔内萃取剂浓度越高，相对挥发度改变的程度也越大。
[0012]由于萃取剂乙二醇的沸点较高，为了降低能耗，溶剂回收塔可采用减压精馏，同时也可增加塔内组分的相对挥发度。
[0013]萃取精馏过程采用双塔流程，由萃取精馏塔和溶剂回收塔组成。萃取精馏的操作条件为常压，回流比为8~15:1，塔顶的温度控制在100~120°C，塔釜温度控制在130~160°C。在此条件下塔顶可以得到纯度高于99.8%的异丁酸乙酯。萃取精馏塔的塔釜液为含有萃取齐U、异丁醇和极少量的异丁酸乙酯的混合物。
[0014]将萃取精馏塔的塔釜液引入溶剂回收塔，使萃取剂与异丁醇分离。溶剂回收塔的操作条件为常压或者减压，回流比2.2~7:1。塔顶温度控制在80~120°C，塔底控制在100-2000C。塔釜的萃取剂返回萃取精馏塔，作为溶剂的补充。
[0015]本发明的方法适用于处理异丁醇和异丁酸乙酯组成的共沸混合物或者接近恒沸组成的混合物，即45~53wt%的异丁酸乙酯与50~55被％异丁醇组成的混合物。
[0016]本发明所述的萃取精馏方法分离异丁醇和异丁酸乙酯的双塔流程如图1所示: 萃取精馏塔(3)的理论板数为55~70。如图所示，萃取剂从萃取精馏塔(3)的上部进料口(在第3~8理论板)，即管口(I)加入，则进料口以上组成萃取剂回收段。该塔板向上的部分萃取剂逐步降低为零。异丁醇与异丁酸乙酯的混合物以泡点温度从萃取精馏塔(3)中下部加入，即管口(2)，所以萃取精馏塔(3)两股进料间为精馏段，精馏段的理论塔板数为35~50。在该段，从下往上，气相中异丁酸乙酯的浓度逐步提高，液相中异丁醇的浓度逐渐提高。从管口(2)往下至塔釜为提馏段，提馏段的理论塔板数在10~15，其作用是从下降液体中提取异丁酸乙酯，使塔釜中异丁酸乙酯的浓度逐步下降为零。萃取精馏塔(3)的操作条件为常压，萃取剂与原料液的质量之比为1.8~2.4:1，塔顶的温度控制在100~120°C，塔釜温度控制在130~160°C，在此条件下，可在塔顶可得到纯度高于99.8%的异丁醇，塔顶馏出物经冷凝器(5)冷凝，部分经管道(6)返回到萃取精馏塔，回流比控制在8~15:1。含异丁醇的塔釜液由塔底管道(4)进入溶剂回收塔(7)进行萃取剂的回收。
[0017]溶剂回收塔(7)的理论板数为40~60块，操作条件为常压或者减压，塔顶温度控制在100~120°C，塔底控制在110~200°C，塔顶馏出物经冷凝，回流比为2.2-7:1，管道(8)采出的是异丁醇，可能含有极少量的异丁酸乙酯，塔底剩余的为萃取剂乙二醇与[Emim] [OAc]的离子液体，并经过管道(9)回流到萃取精馏塔(3)，作为萃取剂的补充。
[0018]本发明通过采用乙二醇与[Emim] [OAc]的离子液体做萃取剂，使用双塔精馏，对异丁醇和异丁酸乙酯的共沸混合物进行分离，可以直接得到高纯度的异丁醇和异丁酸乙酯，同时萃取剂能够回流使用，工艺简单，不仅降低了成本，而且也减少了对环境的污染，符合可持续发展的要求。
[0019]下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。本发明的范围不以【具体实施方式】为限，而是有权利要求的范围加以限定。
【附图说明】
[0020]图1萃取精馏双塔流程示意图。
【具体实施方式】
[0021]实施例1
一种连续萃取精馏分离异丁醇和异丁酸乙酯共沸物的方法，其工艺流程图如图1所示。萃取精馏塔3理论塔板数为55。以95wt%乙二醇与5wt%[Emim] [OAc]做为萃取剂，从第3块理论板处(塔板数从上往下，管口 I)加入，流量为1.8kg/hr。异丁醇和异丁酸乙酯的混合物从第42块理论板处(管口 2)加入，流量为lkg/hr，其中异丁酸的质量分数为52%，3在常压下操作，塔顶回流比为7:1，塔顶温度为110~115°C，塔釜温度为140~150°C，塔顶产物经气相色谱分析，得到纯度高于99.8%的异丁酸乙酯产品。
[0022]萃取精馏塔3的塔釜物进入溶剂回收塔7，溶剂回收塔具有40块理论塔板数，溶剂回收塔操作条件为:真空度> 0.09atm，塔顶温度90~100°C，塔釜温度110~130°C。溶剂回收塔7的塔釜物返回萃取精馏塔3循环使用。
[0023]实施例2
萃取精馏塔双塔流程通实施例1。以85wt%乙二醇与15wt%[Emim] [OAc]做萃取剂，从第3块理论板进料，流量为2.2kg/hr。异丁醇和异丁酸乙酯的混合物从第42块理论板加入，流量为lkg/hr，组成与实施例1相同。精馏塔3在常压下操作，回流比为5.0:1。此时塔顶温度为110~113°C，塔釜温度130~140°C。塔顶产物经气相色谱分析，得到纯度高于99.7%的异丁酸乙酯产品。
[0024]溶剂回收塔操作条件通实施例1，塔釜物返回萃取精馏塔3循环使用，其他条件同实施例1。
【主权项】
1.一种连续萃取精馏分离异丁醇和异丁酸乙酯共沸物的方法，其特征在于萃取精馏过程采用双塔流程，由萃取精馏塔和溶剂回收塔组成，萃取精馏的操作条件为常压，乙二醇与离子液体做萃取剂，其中离子液体为的质量分数为5%~15%[Emim] [OAc]，回流比为8~15:1，塔顶的温度控制在100~120°C，塔釜温度控制在130~160°C，溶剂回收塔的操作条件为常压或者减压，回流比2.2~7:1，塔顶温度控制在80~120°C，塔底控制在100~200°C，塔釜的萃取剂返回萃取精馏塔，作为溶剂的补充。
【专利摘要】本发明涉及一种连续萃取精馏分离异丁醇和异丁酸乙酯共沸物的方法，采用乙二醇与离子液体1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐[Emim][OAc]为萃取剂进行萃取精馏，在萃取精馏塔的塔顶得到高纯度的异丁酸乙酯，在溶剂回收塔的塔顶得到高纯度的异丁醇，在溶剂回收塔的塔底得到高浓度的乙二醇，可以回流到溶剂罐中，作为溶剂的补充。
【IPC分类】B01D3-40, C07C31-12, C07C27-32, C07C67-54, C07C29-84, C07C69-24, C07B63-00
【公开号】CN104693003
【申请号】CN201410619744
【发明人】姜占坤, 刘顺江, 孙国新
【申请人】济南大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2014年11月7日