基于混合溶劑作為萃取劑的異丙醇-異丁酸甲酯共沸物精餾分離方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于混合溶劑作為萃取劑的異丙醇-異丁酸甲酯共沸物精餾分離方法，屬于特殊精餾技術(shù)范疇。該工藝的特點(diǎn)在于萃取劑為加入了離子液體的混合物，萃取劑可回收利用，能耗低，產(chǎn)品質(zhì)量更高。
【背景技術(shù)】
[0002]異丙醇(isopropanol)，又名二甲基甲醇、2-丙醇，行業(yè)中也作IPA，分子式為C3H8O,化學(xué)性質(zhì)與乙醇、丙醇相似，但是有仲醇的特性，能夠溶解生物堿、橡膠、蟲膠、山達(dá)月旨、松香、乳香、合成樹脂等多種有機(jī)物。此外，它還是精制潤滑油的優(yōu)良脫蠟劑、棉籽油的萃取劑、防凍劑、脫水機(jī)、防霧劑，在醫(yī)藥、農(nóng)藥、香料、化妝品、有機(jī)合成方面有著廣泛的應(yīng)用。異丁酸甲酯(methyl isobutyrate)，又名甲基異丁酸酯，主要用作溶劑使用，也是常用的色譜分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，有機(jī)合成中間體。但是由于兩者存在共沸，常規(guī)方法無法得到高純的兩種物質(zhì)，從而極大的限制了兩者的應(yīng)用，因此開發(fā)兩者分離的技術(shù)十分必要。本發(fā)明旨在為兩者分離提供一種經(jīng)濟(jì)、簡便、分離效率高的工藝方法。
[0003]精餾是石油化工行業(yè)最常用、最基本的分離方法，從上世紀(jì)初精餾開始工業(yè)化運(yùn)用開始，已經(jīng)有100多年的時(shí)間，精餾技術(shù)也不斷得以發(fā)展，周邊各種技術(shù)也不斷的與精餾進(jìn)行結(jié)合，創(chuàng)新出新的精餾工藝。當(dāng)經(jīng)歷過上世紀(jì)80年代能源危機(jī)，尤其在2008年之后，隨著石油價(jià)格不斷攀升，人們開始意識(shí)到提高能源利用率、降低能耗才是未來工業(yè)的出路，精餾技術(shù)亦是如此。本發(fā)明采用是減壓萃取精餾，在能耗、投資成本、環(huán)境壓力方面有較大優(yōu)勢。
[0004]離子液體作為一種環(huán)境友好型溶劑，最近幾年有替代傳統(tǒng)溶劑的趨勢，也成為各個(gè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，展示了廣闊的應(yīng)用潛力和市場前景。近幾年關(guān)于離子液體的論文和專利成級(jí)數(shù)遞增，而美國、歐洲、日本更是將離子液體列入國家戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃，許多跨國集團(tuán)公司如:德國BASF、德國Merck、美國Shell、比利時(shí)Bakert、日本三菱等致力于離子液體應(yīng)用技術(shù)研發(fā)，其中德國BASF制備燒氧基苯基膦的BASIL (biphasic acid scavengingutilising 1nic liquids)脫酸技術(shù)極大地提高了效率，引起國際社會(huì)廣泛關(guān)注。
[0005]尚子液體之所以能夠成為研究熱點(diǎn)，與其自身優(yōu)良的特性分不開:與傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑和電解質(zhì)相比，離子液體具有一系列突出優(yōu)點(diǎn):①幾乎沒有蒸氣壓、不揮發(fā)、無色、無味；②有較大的穩(wěn)定溫度范圍，較好的化學(xué)穩(wěn)定性及較寬的電化學(xué)穩(wěn)定電位窗口 ；③通過陰陽離子的設(shè)計(jì)可調(diào)節(jié)其對無機(jī)物、水、有機(jī)物及聚合物的溶解性，并且其酸度可調(diào)至超酸。
[0006]雖然離子液體具有眾多的優(yōu)點(diǎn)，但是由于目前市場價(jià)格昂貴，且萃取劑的用量較大，導(dǎo)致生產(chǎn)成本非常高，因此使用率較低。研究人員發(fā)現(xiàn)，離子液體可以與配位劑組成新的離子液體，能夠有效降低工業(yè)化應(yīng)用的成本，且同時(shí)兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)，常用的配位劑有乙二醇、甘油等，本發(fā)明選用的配位劑為乙二醇，與離子液體組成混合溶劑。
[0007]基于離子液體的優(yōu)點(diǎn)，精餾工藝中可使用傳統(tǒng)有機(jī)溶劑與離子液體的混合液作為萃取劑，能夠有效的降低傳統(tǒng)溶劑的損失(離子液體不揮發(fā)、損失率極低，且循環(huán)使用)，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。
[0008]現(xiàn)有的共沸體系分離手段基本分為兩類:共沸精餾和萃取精餾。萃取精餾在產(chǎn)品純度、能耗方面較共沸精餾具有優(yōu)勢。萃取精餾關(guān)鍵在于萃取劑的選擇。對于醇-酯共沸體系，較為常用的萃取劑為乙二醇，目前乙二醇價(jià)格在4000~7000元/噸，而新型的離子液體萃取劑價(jià)格則十分高昂。例如甲基咪唑類磷酸鹽離子液體，目前作為其原料的甲基咪唑市場價(jià)格在30000~45000元/噸，而四氟磷酸鈉價(jià)格在20000~30000元/噸，六氟磷酸鈉價(jià)格更高達(dá)180000元/噸。較傳統(tǒng)溶劑，雖然離子液體作為萃取劑有眾多優(yōu)點(diǎn)，但是高昂的投資成本讓其工業(yè)化應(yīng)用十分困難。CN103193590A —種連續(xù)萃取分離混合醇-水的方法、CN102627556A 一種萃取精餾分離甲酸乙酯-乙醇-水的工藝均采用乙二醇作萃取劑；CN103193590A離子液體萃取精餾分離醋酸-水的方法采用離子液體作為萃取劑，而且以上發(fā)明均采用常壓精餾工藝，能耗成本較大?？偠灾绾谓档洼腿p耗和生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品純度是目前精餾工藝亟需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了解決目前萃取精餾工藝存在的問題，本發(fā)明萃取劑采用配位劑(乙二醇)與離子液體形成混合萃取劑，能夠有效提高產(chǎn)品純度和萃取效率，降低生產(chǎn)成本及能耗。本發(fā)明采用的離子液體為N-乙基卩比啶四氟硼酸鹽([Epy] [BF4])、N_乙基卩比啶六氟磷酸鹽([Epy][PF6])，同屬于烷基吡啶類的離子液體。目前尚未發(fā)現(xiàn)關(guān)于異丙醇-異丁酸甲酯共沸體系分離的專利、文獻(xiàn)報(bào)道或發(fā)表，更未見離子液體在該共沸體系應(yīng)用的工藝出現(xiàn)，因此本發(fā)明彌補(bǔ)目前技術(shù)上的空缺。本發(fā)明最大的優(yōu)點(diǎn)在于萃取劑選擇上的創(chuàng)新，優(yōu)化了分離工藝，降低了分離能耗，以及得到高質(zhì)量的異丁酸甲酯、異丙醇產(chǎn)品，具有極高的推廣價(jià)值。
[0010]該工藝技術(shù)方案如下:
1)異丙醇-異丁酸甲酯混合物由萃取精餾塔中下部連續(xù)加入，乙二醇-離子液體組成混合萃取劑從塔上部加入，該塔操作壓力為30KPa ;
2)萃取精餾塔塔頂能夠得到產(chǎn)品純度99.5%以上異丁酸甲酯產(chǎn)品，塔底剩余為異丙醇和萃取劑；
3)萃取精餾塔塔底物流進(jìn)入萃取劑回收塔中部，塔頂?shù)玫郊兌?9.5%以上的異丙醇產(chǎn)品，塔底剩余萃取劑與微量的異丙醇和異丁酸甲酯，該塔操作壓力為30KPa ;
4 )萃取劑回收塔塔底物流并入萃取劑進(jìn)料管，作為萃取劑補(bǔ)充。
[0011]萃取精餾塔技術(shù)參數(shù):該塔理論塔板數(shù)為45~70 ;回流比為2~5，操作壓力為30KPa ;萃取劑為乙二醇(80~90wt%)與離子液體(10~20wt%)，萃取劑與原料的進(jìn)料為4~8:1，進(jìn)料溫度為30~40°C，壓力為0.1MPa,原料為異丙醇(63wt%)與異丁酸甲酯(37wt%)的近共沸組成，進(jìn)料溫度為30~40°C，壓力為0.1MPa ;塔釜控制溫度為96.5°C，塔頂溫度控制在58°C。萃取進(jìn)料位置為3~6塊塔板，原料進(jìn)料位置32~62塊塔板。
[0012]萃取劑回收塔技術(shù)參數(shù):理論塔板數(shù)25~50 ；回流比1~5，操作壓力為30KPa ;塔釜溫度控制在160°C，塔頂溫度穩(wěn)定在54.5°C，進(jìn)料位置為18~40塊塔板。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明裝置及流程示意圖。
[0014]流股說明:S0LVENT—萃取劑進(jìn)塔流股；FEED—原料進(jìn)塔流股—異丁酸甲酯米出流股；②一萃取劑、異丙醇混合流股；③一異丙醇采出流股—萃取劑采出、回流流股。
[0015]主要設(shè)備說明:T1 一萃取精餾塔；T2—萃取劑回收塔；Ε1、Ε4—冷凝器；Ε2、Ε5—捕集器；Ε3、Ε6—再沸器。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例一
基于混合溶劑作為萃取劑的異丙醇-異丁酸甲酯共沸物精餾分離方法。萃取劑選用乙二醇(80wt%)和N-乙基吡啶四氟硼酸鹽([Epy] [BF4]) (20wt%)，用量為4000kg/h ;原料處理量為1000kg/h，原料組成為異丙醇(63wt%)與異丁酸甲酯(37wt%)的近共沸組成。萃取精餾塔塔板數(shù)為60，萃取劑進(jìn)料位置在第5塊塔板，原料進(jìn)料位置在45塊塔板。回流比設(shè)定為2，塔頂采出速度為370kg/h，得到的異丁酸甲酯純度為99.5%。萃取劑回收塔塔板數(shù)為50，流股②進(jìn)料位置為第30塊塔板，回流比為4，塔頂采出速度為630kg/h，得到的異丙醇純度為99.6%。塔底萃取劑回流，作為溶劑的補(bǔ)充。
[0017]實(shí)施例二
萃取劑選用乙二醇(90wt%)和N-乙基吡啶六氟磷酸鹽([Epy] [PF6]) (10wt%)，用量為5000kg/h，萃取精餾塔塔板數(shù)為65，回流比為3，其他條件同實(shí)施例一。得到的異丁酸甲酯跟異丙醇產(chǎn)品純度均在99.5%以上。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于混合溶劑作為萃取劑的異丙醇-異丁酸甲酯共沸物精餾分離方法，其特征在于以下技術(shù)參數(shù): 1)萃取精餾塔技術(shù)參數(shù):該塔理論塔板數(shù)為45~70;回流比為2~5，操作壓力為30KPa ;萃取劑為乙二醇(80~90wt%)與離子液體(10~20wt%)，萃取劑與原料的進(jìn)料為4~8:1，進(jìn)料溫度為30~40°C，壓力為0.1MPa，原料為異丙醇(63wt%)與異丁酸甲酯(37wt%)的近共沸組成，進(jìn)料溫度為30~40°C，壓力為0.1MPa ;塔釜控制溫度為96.5°C，塔頂溫度控制在58°C;萃取進(jìn)料位置為3~6塊塔板，原料進(jìn)料位置32~62塊塔板； 2)萃取劑回收塔技術(shù)參數(shù):理論塔板數(shù)25~50;回流比1~5，操作壓力為30KPa ;塔釜溫度控制在160°C，塔頂溫度穩(wěn)定在54.5°C，進(jìn)料位置為18~40塊塔板； 3)本發(fā)明采用的離子液體為N-乙基吡啶四氟硼酸鹽([Epy][BF4])、N-乙基吡啶六氟磷酸鹽([Epy] [PF6]) ο
【專利摘要】基于混合溶劑作為萃取劑的異丙醇-異丁酸甲酯共沸物精餾分離方法，本發(fā)明所述的異丙醇-異丁酸甲酯萃取精餾工藝由萃取精餾塔、萃取劑回收塔雙塔構(gòu)成，為連續(xù)減壓操作；萃取劑從萃取精餾塔上端塔板加入、原料從萃取精餾塔下端塔板處加入；萃取精餾塔塔底流股連續(xù)進(jìn)入萃取劑回收塔，進(jìn)料位置為塔中；萃取劑回收塔塔底萃取劑作為萃取精餾塔溶劑的補(bǔ)充。本發(fā)明的最大特征在于萃取選用傳統(tǒng)溶劑與離子液體組成的混合萃取劑，在能耗、環(huán)境壓力、產(chǎn)品純度方面優(yōu)勢巨大，特別適合大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用。
【IPC分類】C07C29/84, C07C31/10, C07C69/24, C07C67/54
【公開號(hào)】CN105037154
【申請?zhí)枴緾N201510418636
【發(fā)明人】姜占坤, 劉順江, 孫國新, 張啟龍
【申請人】濟(jì)南大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年7月17日