变压精馏分离乙酸乙酯和正己烷共沸体系的系统和方法与流程

本发明属于化工精馏纯化领域，具体涉及一种变压精馏分离乙酸乙酯和正己烷共沸体系的系统和方法。

背景技术：

乙酸乙酯和正己烷均为重要的化工原料。乙酸乙酯又名醋酸乙酸乙酯，具有良好的溶解性和快干性，广泛应用于涂料、油墨、医药、香料等领域，主要用于做粘合剂、萃取剂、提取剂。正己烷在工业上主要作为溶剂使用，广泛应用于橡胶、油漆、涂料、人造革及制药领域。在医药行业中，乙酸乙酯和正己烷作为溶剂被大量运用，实际生产过程中往往会形成乙酸乙酯和正己烷的废溶液。为了减少生产成本和环境污染，需要对其进行回收再利用。

常压下，乙酸乙酯和正己烷能形成最低共沸物，其共沸温度为：65.1℃，其共沸组成中含正己烷61%（质量分数）、乙酸乙酯39%（质量分数）。采用普通精馏无法将其分离，因此必须采用特殊精馏。

目前乙酸乙酯和正己烷的分离方法主要有萃取精馏和共沸精馏两类。

文献（正己烷和乙酸乙酯间歇共沸精馏分离共沸剂的研究，石油化工，2006,35（1），37）报道了以丙酮为共沸剂的共沸精馏方法来分离乙酸乙酯和正己烷，发现丙酮和正己烷的质量比为1.15时,正己烷和乙酸乙酯的收率最高,分别达75.15%和73.89%。并通过实验绘制了正己烷-乙酸乙酯-丙酮三元物系的剩余曲线,确定了正己烷-乙酸乙酯共沸物系分离步骤。

文献（乙酸乙酯-正己烷二元体系连续精馏模拟与优化.，浙江工业大学,2015.）报道了用共沸精馏分离乙酸乙酯和正己烷，以甲醇为共沸剂，通过三塔顺序分离正己烷、甲醇、乙酸乙酯三个组分。

专利（cn104774131a）提供了一种萃取精馏分离乙酸乙酯和正己烷混合物的方法。该方法以二甲基亚砜和n,n-二甲基乙酰胺的混合物为萃取剂，在两塔塔顶分别得到乙酸乙酯和正己烷纯组分，纯度分别可达到99.9%和99.8%。

文献（乙酸乙酯-正己烷萃取精馏过程的模拟计算，计算机与应用化学，2012，29（8），955）报道了一种以dmf为萃取剂的连续萃取精馏分离乙酸乙酯和正己烷的方法。当塔板数为30，原料进料板为20，萃取剂进料板为12，溶剂比为3，回流比为4.5时，两塔塔顶分别得到纯度为99.0%的乙酸乙酯和正己烷。

上述四种方法中，前两种方法属于共沸精馏，后两种方法属于萃取精馏。以上两类分离方法均有不可避免的缺陷：一是分离过程的能耗较高；二是在分离过程中向体系中引入了第三组分（如萃取剂、共沸剂），影响了产品的质量、收率，也增加了生产成本。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供了一种变压精馏分离乙酸乙酯和正己烷共沸体系的系统，并对应提供了分离方法，旨在避免第三组分的加入而影响产品的质量、增加生产成本和能耗过高等问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种变压精馏分离乙酸乙酯和正己烷共沸体系的系统，包括第一精馏塔和第二精馏塔；所述的第一精馏塔为常压塔，其内部设置有m个塔板，在所述的第一精馏塔的中部连通有进料管，用于引入由乙酸乙酯和正己烷组成的共沸体系废液；在所述的第一精馏塔的底部连通有乙酸乙酯输送管，用于排出分离得到的乙酸乙酯液体；在所述的第一精馏塔的顶部与常压塔混合气体输送管的一端连通，该常压塔混合气体输送管的另一端与第一冷凝器的入口连通，所述的第一冷凝器的出口通过管道与第一回流泵的进液口连通，所述的第一回流泵的出液口通过第一回流管与所述的第一精馏塔的上部连通，用于将部分由第一冷凝器冷凝成的第一次冷凝液回流到第一精馏塔中；所述的第一回流泵的出液口与所述的第二精馏塔的中部还连通有塔间输液管，用于将另一部分第一次冷凝液输送至第二精馏塔中；所述的第二精馏塔为加压塔，其内部设置有n个塔板；在所述的第二精馏塔的底部连通有正己烷输送管，用于排出分离得到的正己烷液体；在所述的第二精馏塔的顶部与加压塔混合气体输送管的一端连通，该加压塔混合气体输送管的另一端与第二冷凝器的入口连通，所述的第二冷凝器的出口通过管道与第二回流泵的进液口连通，所述的第二回流泵的出液口通过第二回流管与所述的第二精馏塔的上部连通，用于将由第二冷凝器冷凝成的第二次冷凝液回流到第二精馏塔中；m，n均为不小于20的整数，且m<n。

进一步，所述的第二回流泵的出液口与所述的第一精馏塔的上部之间还连通有塔间回流管，用于将一部分第二次冷凝液输送至第一精馏塔进行再次分离。

进一步，在所述的乙酸乙酯输送管上还并联有第一再沸器，所述的第一再沸器的进液口与乙酸乙酯输送管连通，其出液口与所述第一精馏塔的底部连通；在所述的正己烷输送管上还并联有第二再沸器，所述的第二再沸器的进液口与正己烷输送管连通，其出液口与所述第二精馏塔的底部连通。

进一步，在第一冷凝器与第一回流泵之间的管道上还连通有第一回流罐，用于存储第一次冷凝液；在第二冷凝器与第二回流泵之间的管道上还连通有第二回流罐，用于存储第二次冷凝液。

进一步，在所述的塔间输液管上设置有塔间输液泵；在所述的塔间回流管上设置有塔间回液减压阀和塔间回液泵。

进一步，所述的第一精馏塔的塔板数为20，第二精馏塔的塔板数为25。

一种变压精馏分离乙酸乙酯和正己烷共沸体系的方法，利用前述的变压精馏分离乙酸乙酯和正己烷共沸体系的系统进行分离，具体包括以下步骤：

1）常压精馏：调整常压塔内压力为1atm，塔顶温度为65.2℃，塔底温度为81.2℃；将由乙酸乙酯和正己烷组成的共沸体系废液从进料管进入常压塔，共沸体系废液在常压塔内通过塔板进行传质传热，形成向常压塔底部集中的乙酸乙酯分离液，以及向常压塔顶部集中的乙酸乙酯、正己烷混合蒸气；乙酸乙酯分离液作为乙酸乙酯产品通过乙酸乙酯输送管外排并收集；乙酸乙酯、正己烷混合蒸气经过第一冷凝器冷凝形成第一次冷凝液，通过第一回流管将一部分第一次冷凝液回流至常压塔，其回流比为2~3：1；另一部分第一次冷凝液则通过塔间输液管输送到加压塔。

2）加压精馏：调整加压塔内压力为5~7atm，塔顶温度为124.5~140.1℃，塔底温度为132.9~148.9℃；将另一部分第一次冷凝液从塔间输液管引入，引入的第一次冷凝液在加压塔内通过塔板进行传质传热，形成向加压塔底部集中的正己烷分离液，以及向常压塔顶部集中的加压塔乙酸乙酯、正己烷混合蒸气；正己烷分离液作为正己烷产品通过正己烷输送管外排并收集；加压塔乙酸乙酯、正己烷混合蒸气经过第二冷凝器冷凝形成第二次冷凝液，通过第二回流管将一部分第一次冷凝液回流至加压塔，其回流比为3~4：1；另一部分第二次冷凝液则通过塔间回流管输送至常压塔进行再次分离。

进一步，在常压精馏中，一部分乙酸乙酯分离液作为乙酸乙酯产品通过乙酸乙酯输送管外排并收集，另一部分通过并联在乙酸乙酯输送管上的第一再沸器加热成气体后循环进入常压塔，以提高乙酸乙酯的分压和常压塔底部的温度。

进一步，在加压精馏中，一部分正己烷分离液作为正己烷产品通过正己烷输送管外排并收集，另一部分通过通过并联在正己烷输送管上的第二再沸器加热成气体后循环进入常压塔，以提高正己烷的分压和加压塔底部的温度。

进一步，所述的共沸体系废液的温度为25℃，该共沸体系废液中乙酸乙酯和正己烷的质量比为7~3：3~7。

本发明利用乙酸乙酯和正己烷共沸物组成对压力敏感的这一特点，采用两个不同操作压力的精馏塔来实现分离提纯。本方法避免了第三组分的加入，保证了产品的质量，降低了生产成本和能耗。同时，本发明还具有操作工艺简单、产品回收率高等优点。

与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明工艺简单、操作合理，避免了第三组分的加入，实用性强，极具行业推广性。本发明所涉及到的常压加压蒸馏过程工艺简单，设备易于维护，有效地避免了在共沸和萃取精馏过程中必须要加入的夹带剂和共沸剂对目标产品的污染。

2、降低了分离过程的能耗。本发明所涉及到的变压精馏工艺与共沸精馏相比，能耗费用能降低了25%~40%；与萃取精馏相比，能耗费用降低了20%~50%。

3、提高了乙酸乙酯和正己烷产品的收率。采用共沸精馏方法，乙酸乙酯和正己烷的最高收率能达到73.89%和75.15%。而采用变压精馏的方法，乙酸乙酯和正己烷的最高收率能达到99.76%和99.90%

4、产品纯度得到提高，可以得到纯度为99.9%以上的乙酸乙酯和正己烷产品。

附图说明

图1为本发明变压精馏分离乙酸乙酯和正己烷共沸体系的系统的结构示意图；

图2为本发明变压精馏分离乙酸乙酯和正己烷共沸体系的系统的安全泄压装置结构示意图。

附图中：t1—第一精馏塔；t2—第二精馏塔；c1—第一冷凝器；c2—第二冷凝器；；c3—第三冷凝器；d1—第一回流罐；d2—第二回流罐；r1—第一再沸器；r2—第二再沸器；p1—第一回流泵；p2—塔间输液泵；p3—第二回流泵；p4—第一成品泵；p5—第二成品泵；p6—第三回流泵；v1—塔间回液减压阀；v2—第一泄压阀；v3—第二泄压阀；f1—气液分离器；l1—拦液锥。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

一、一种变压精馏分离乙酸乙酯和正己烷共沸体系的系统，如图1所示，包括第一精馏塔t1和第二精馏塔t2；所述的第一精馏塔t1为常压塔，其内部设置有m个塔板，在所述的第一精馏塔t1的中部连通有进料管，用于引入由乙酸乙酯和正己烷组成的共沸体系废液；在所述的第一精馏塔t1的底部连通有乙酸乙酯输送管，用于排出分离得到的乙酸乙酯液体；在所述的第一精馏塔t1的顶部与常压塔混合气体输送管的一端连通，该常压塔混合气体输送管的另一端与第一冷凝器c1的入口连通，所述的第一冷凝器c1的出口通过管道与第一回流泵p1的进液口连通，所述的第一回流泵p1的出液口通过第一回流管与所述的第一精馏塔t1的上部连通，用于将部分由第一冷凝器c1冷凝成的第一次冷凝液回流到第一精馏塔t1中；所述的第一回流泵p1的出液口与所述的第二精馏塔t2的中部还连通有塔间输液管，用于将另一部分第一次冷凝液输送至第二精馏塔t2中；所述的第二精馏塔t2为加压塔，其内部设置有n个塔板；在所述的第二精馏塔t2的底部连通有正己烷输送管，用于排出分离得到的正己烷液体；在所述的第二精馏塔t2的顶部与加压塔混合气体输送管的一端连通，该加压塔混合气体输送管的另一端与第二冷凝器c2的入口连通，所述的第二冷凝器c2的出口通过管道与第二回流泵p3的进液口连通，所述的第二回流泵p3的出液口通过第二回流管与所述的第二精馏塔t2的上部连通，用于将由第二冷凝器c2冷凝成的第二次冷凝液回流到第二精馏塔t2中。而m，n均为大于3的整数，且m<n。

为了及时地回收分离出的乙酸乙酯和正己烷、促进塔内向有利于分离的方向进行，可以在乙酸乙酯输送管和正己烷输送管的末端分别安装第一成品泵p4和第二成品泵p5，以便及时地塔内分离出的乙酸乙酯输送管和正己烷抽出。

作为优化，所述的第二回流泵p3的出液口与所述的第一精馏塔t1的上部之间还连通有塔间回流管，用于将一部分第二次冷凝液输送至第一精馏塔t1进行再次分离。这一结构可以实现塔内的循环，有利于提高成品的品质。

作为优化，在所述的乙酸乙酯输送管上还并联有第一再沸器r1，所述的第一再沸器r1的进液口与乙酸乙酯输送管连通，其出液口与所述第一精馏塔t1的底部连通；在所述的正己烷输送管上还并联有第二再沸器r2，所述的第二再沸器r2的进液口与正己烷输送管连通，其出液口与所述第二精馏塔t2的底部连通。通过再沸的方式将部分成品加热后回流到塔内，可以提高成品的纯度，也可以提高塔底的温度。

作为优化，在第一冷凝器c1与第一回流泵p1之间的管道上还连通有第一回流罐d1，用于存储第一次冷凝液；在第二冷凝器c2与第二回流泵p3之间的管道上还连通有第二回流罐d2，用于存储第二次冷凝液。回流罐的作用是可以调节液流，以保证回流液体的稳定。

作为优化，在所述的塔间输液管上设置有塔间输液泵p2，这样可以提供足够的压头，以实现连续化生产；在所述的塔间回流管上设置有塔间回液减压阀v1和塔间回液泵，由于第二精馏塔t2是加压塔，需要减压才能使回流的液体承受的压力与第一精馏塔t1相同，不会引起压力波动。

作为优化，所述的第一精馏塔t1的塔板数为20，第二精馏塔t2的塔板数为25。塔板过少则传热传质交换的次数过少，会有更多的混合蒸气向塔顶集中导致分离不彻底，增加能耗；而塔板数过多，则会有更多的混合液体向塔底集中，导致分离产品的纯度下降。

作为优化，还可以包括安全泄压装置，如图2所示，所述的安全泄压装置包括第一泄压管、第二泄压管、泄压总管和气液分离器f1；所述的第一泄压管的一端与第一精馏塔t1的顶部连通，另一端与泄压总管的头端连通；所述的第二泄压管的一端与第二精馏塔t2的顶部连通，另一端也与泄压总管的头端连通；在所述的第一泄压管和第二泄压管上分别设置有第一泄压阀v2和第二泄压阀v3；所述的泄压总管的尾端与所述的气液分离器f1的进料口连通；所述的气液分离器f1为一密封的罐体，其侧壁上开有一个切向的进料口，顶部连通有排气管，底部连通有安全排液管，该安全排液管与所述的塔间回流管连通。

当第一精馏塔t1内的压力超过安全限或分离要求的最高压力时，如大于1.5atm时，则开启第一泄压阀v2，混合蒸气经第一泄压管和泄压总管构成的管道排入气液分离器f1中。气液分离器f1的进料口切向设置，可以使进入的物料沿罐壁旋转、降温，形成上升的气体和下降的液体；气体从排气管排出，液体则从安全排液管经塔间回流管回流至每一精馏塔进行再次回收处理。这样设计避免了现有的精馏塔在进行泄压时直接向大气中排放蒸汽而对空气造成污染的问题，同时，对泄压蒸气进行气液分离，将液体重新循环到第一精馏塔t1中，即保护了环境，也回收了资源，一举两得。

当第二精馏塔t2内的压力超过安全限或分离要求的最高压力时，与前述处理方式相同。第一泄压阀v2和第二泄压阀v3均为常闭式阀门，仅在需要时开启。

更进一步优化，在所述的泄压总管上还设置有第三冷凝器c3。该冷凝器可以将蒸气冷凝，以减少蒸气的体积，这一方面可以为精馏塔提供足够的吸力，另一方面也可以减轻气液分离器f1的处理压力。

此外，还可以在安全排液管设置第三回流泵p6，以提高排液的效率。

更进一步优化，在所述气液分离器f1的上部设置有圆锥形的拦液锥l1，用于拦截气体中夹带的液体，该液锥的顶点与排气管连通。由于上升的气体中往往还含有少量的液滴，当液滴遇到拦液锥l1时会被截留下来，从而提高净化效果，进一步避免了有机物排入大气。

更进一步优化，在第一精馏塔t1和第二精馏塔t2的1/2~1/3的塔板的位置，还设置有一层规整填料，以提高传热传质的效率。

二、一种变压精馏分离乙酸乙酯和正己烷共沸体系的方法，该方法利用上述变压精馏分离乙酸乙酯和正己烷共沸体系的系统进行分离，具体包括以下步骤：

1）常压精馏：调整常压塔内压力为1atm，塔顶温度为65.2℃，塔底温度为81.2℃；将由乙酸乙酯和正己烷组成的共沸体系废液从进料管进入常压塔，共沸体系废液在常压塔内通过塔板进行传质传热，形成向常压塔底部集中的乙酸乙酯分离液，以及向常压塔顶部集中的乙酸乙酯、正己烷混合蒸气；乙酸乙酯分离液作为乙酸乙酯产品通过乙酸乙酯输送管外排并收集；乙酸乙酯、正己烷混合蒸气经过第一冷凝器c1冷凝形成第一次冷凝液，通过第一回流管将一部分第一次冷凝液回流至常压塔，其回流比为2~3：1；另一部分第一次冷凝液则通过塔间输液管输送到加压塔。

2）加压精馏：调整加压塔内压力为5~7atm，塔顶温度为124.5~140.1℃，塔底温度为132.9~148.9℃；将另一部分第一次冷凝液从塔间输液管引入，引入的第一次冷凝液在加压塔内通过塔板进行传质传热，形成向加压塔底部集中的正己烷分离液，以及向常压塔顶部集中的加压塔乙酸乙酯、正己烷混合蒸气；正己烷分离液作为正己烷产品通过正己烷输送管外排并收集；加压塔乙酸乙酯、正己烷混合蒸气经过第二冷凝器c2冷凝形成第二次冷凝液，通过第二回流管将一部分第一次冷凝液回流至加压塔，其回流比为3~4：1；另一部分第二次冷凝液则通过塔间回流管输送至常压塔进行再次分离。

作为优化，在常压精馏中，一部分乙酸乙酯分离液作为乙酸乙酯产品通过乙酸乙酯输送管外排并收集，另一部分通过并联在乙酸乙酯输送管上的第一再沸器r1加热成气体后循环进入常压塔，以提高乙酸乙酯的分压和常压塔底部的温度。

在加压精馏中，一部分正己烷分离液作为正己烷产品通过正己烷输送管外排并收集，另一部分通过通过并联在正己烷输送管上的第二再沸器r2加热成气体后循环进入常压塔，以提高正己烷的分压和加压塔底部的温度。

其中，所述的共沸体系废液的温度为25℃，其进入常压塔的流量为1000kg/h，该共沸体系废液中乙酸乙酯和正己烷的质量比为7~3：3~7。

三、实施例

实施例1

某药厂取样的混合溶剂，经分析废溶剂的组成为：30%~70%正己烷。利用本发明的系统和方法对该公司的乙酸乙酯和正己烷废溶液进行处理。

采用如图1所示的变压精馏分离乙酸乙酯和正己烷共沸体系的系统进行分离，其具体步骤如下：

1）常压精馏：乙酸乙酯和正己烷废溶液（温度为25℃，流量1000kg/h，压力为1atm（绝压），含正己烷30%，含乙酸乙酯70%）进入常压塔（第一精馏塔t1）进行一次精馏，其操作参数如下：操作压力为1atm（绝压），理论塔板数为20块，进料位置为第9块（向下向上数，以下数法相同），回流比为2.0，塔顶温度为65.2℃，常压塔塔底温度为81.2℃。常压塔塔底一部分乙酸乙酯分离液进入第一再沸器r1，经第一再沸器r1加热后进入常压塔，常压塔塔底另一部分乙酸乙酯分离液作为乙酸乙酯产品采出经第一成品泵p4输送至储罐；常压塔塔顶的混合蒸汽经过第一冷凝器c1冷凝、第二回流罐d1储存后，利用第一回流泵p1将一部分第一次冷凝液输送至常压塔内进行回流，将另一部分进入加压塔。

2）加压精馏：由常压塔塔顶采出的第一次冷凝液经塔间输液泵p2输送至加压塔（第二精馏塔t2）内进行二次精馏，其操作参数如下：操作压力为6atm（绝压），理论板数为25块，进料位置为12块，加压塔回流比4.0，塔顶温度为132.7℃，加压塔塔顶温度为141.1℃。加压塔塔底一部分正己烷分离液进入第二再沸器r2，经第二再沸器r2加热后进入加压塔，塔底另一部分正己烷分离液作为正己烷产品经第二成品泵p5输送至储罐。加压塔塔顶蒸汽经过第二冷凝器c2冷凝，第二回流罐d2储存后，利用第二回流泵p3将一部分第二次冷凝液输送至加压塔内进行回流，另一部分经塔间回液减压阀v1减压后输送至常压塔进行循环精馏，其进料板位置为12块。

分离后得到乙酸乙酯产品纯度为99.90%，正己烷纯度为99.90%。

实施例2

采用与实施例相同的系统和方法，不同的参数为：

在步骤1）中：乙酸乙酯和正己烷废溶液温度为25℃，流量1000kg/h，压力为1atm（绝压），含正己烷60%，含乙酸乙酯40%。常压塔操作参数为：操作压力为1atm（绝压），理论塔板数为20块，进料位置为10块，回流比为2.0，塔顶温度为65.2℃，常压塔塔底温度为81.2℃。

在步骤2）中：加压塔操作参数为：操作压力为5atm（绝压），理论板数为25块，进料位置为11块，加压塔回流比3.0，塔顶温度为124.5℃，加压塔t2塔顶温度为132.8℃。循环精馏的进料板位置为第13块。

分离后得到乙酸乙酯产品纯度为99.90%，正己烷纯度为99.90%。

实施例3

采用与实施例相同的系统和方法，不同的参数为：

在步骤1）中：乙酸乙酯和正己烷废溶液温度为25℃，流量1000kg/h，压力为1atm（绝压），含正己烷70%，含乙酸乙酯30%。常压塔操作参数为：操作压力为1atm（绝压），理论塔板数为20块，进料位置为11块，回流比为2.5，塔顶温度为65.2℃，常压塔塔底温度为81.2℃。

在步骤2）中：加压塔操作参数为：操作压力为7atm（绝压），理论板数为25块，进料位置为13块，加压塔回流比2.5，塔顶温度为140.0℃，加压塔塔顶温度为148.8℃。循环精馏的进料板位置为第14块

分离后得到乙酸乙酯产品纯度为99.90%，正己烷纯度为99.90%。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。