一种乙醇-叔丁醇-水精馏分离方法与流程

本发明涉及多组分共沸物分离技术领域，特别涉及乙醇-叔丁醇-水精馏分离方法。

背景技术：

乙醇分子式为c2h6o，液体密度是0.789g/cm³，乙醇气体密度为1.59kg/m³，俗称酒精，它在常温、常压下是一种易燃、易挥发的无色透明液体，相对密度0.816，沸点是78.4℃，熔点是-114.3℃，能与水以任意比互溶；可混溶于醚、氯仿、甲醇、丙酮、甘油等多数有机溶剂。乙醇的用途很广，可用乙醇制造醋酸、饮料、香精、染料、燃料等。医疗上也常用体积分数为70%~75%的乙醇作消毒剂等，在国防化工、医疗卫生、食品工业、工农业生产中都有广泛的用途。

叔丁醇，又称2-甲基-2-丙醇，三甲基甲醇等，分子式：c4h10o，具有樟脑气味的无色结晶，有少量水存在时呈液体。熔点25.5℃，沸点82.3℃，相对密度0.7887，折射率1.3878，黏度（30℃）3.316mpa•s。叔丁醇可用于合成人造麝香及医药中间体，也可用以制备叔丁基氯和叔丁基苯酚，还可作为溶剂。

当乙醇-叔丁醇-水三元共沸物同时存在时，由于水与乙醇共沸，叔丁醇与水共沸，乙醇与叔丁醇共沸，导致分离乙醇和叔丁醇的难度加大，分离工艺的能耗高，且乙醇和叔丁醇的纯度难以达到要求。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术中存在的不足，提供乙醇-叔丁醇-水的分离方法，具有能耗低，产物纯度高的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种乙醇-叔丁醇-水精馏分离方法，将含有乙醇、叔丁醇和水的原料经过预脱水处理、共沸处理、汽提处理、精馏处理后将乙醇和叔丁醇分离，得到产品乙醇和叔丁醇；所述共沸处理阶段加入夹带剂，用于将剩余物料中的水脱除。

进一步的，包括以下步骤：

s1.原料进行预脱水处理，得到液相物料和水，所述塔顶液相物料是乙醇、叔丁醇和少量水的混合物；

s2.将所述s1中塔顶的液相物料中加入夹带剂进行共沸精馏，得到塔顶低沸点气相物料是乙醇、叔丁醇、水和夹带剂的混合物；塔釜得到不含水的乙醇和叔丁醇；

s3.将所述s2中得到的低沸点气相物料冷凝后进行油水分离，得到油相和水相，将所述油相返回到s2中再次共沸；

s4.将所述s3中得到的水相进行汽提，将汽提后的水直接排除，汽提后的剩余塔顶液相物料返回到s2中再次进行共沸精馏；

s5.将所述s2中塔釜得到的乙醇和叔丁醇加入萃取剂进行萃取分离，得到乙醇产品和叔丁醇与萃取剂的混合物；也可以直接采用减压精馏直接分离乙醇和叔丁醇产品；

s6.将所述s5中得到的叔丁醇和萃取剂的混合物进行再生，得到叔丁醇产品。

进一步的，包括以下步骤：

a1.原料进行预脱水处理，得到液相物料和水，所述液相物料是乙醇、叔丁醇和少量水的混合物；

a2.将所述a1中的液相物料中加入夹带剂进行共沸精馏，塔顶得到低沸点气相物料和乙醇、叔丁醇和水、夹带剂的混合物；塔釜得到不含水的乙醇和叔丁醇；

a3.将所述a2中得到的低沸点气相物料冷凝后进行油水分离，得到油相和水相，将所述油相返回到a2中再次共沸；

a4.将所述a3中得到的水相进行汽提，将汽提后的水直接排除，汽提后的塔顶剩余液相物料返回到a2中再次进行共沸精馏；

a5.将所述a2中得到的乙醇和叔丁醇进行减压精馏，得到乙醇产品和叔丁醇产品。

进一步的，预脱水处理中利用塔底预热器对预脱水后剩余的热量进行回收。

进一步的，夹带剂是环己烷或环戊烷中的任意一种。

进一步的，萃取剂是苯甲酸苄酯或苯甲醚中的任意一种或二者混合物。

进一步的，s6中再生后得到的萃取剂返回到s5中循环使用。

一种乙醇-叔丁醇-水精馏分离装置，包括依次通过管路连接的预脱水塔1，共沸塔2，汽提塔3，萃取精馏塔4，再生塔5；其中，所述共沸塔2和汽提塔3之间还设置有冷凝器7和油水分离器6；冷凝器7与共沸塔2塔顶相连，用于对共沸塔2塔顶物料进行冷凝，另一端与油水分离器6相连，将冷凝后的物料送入所述油水分离器进行油水分离。

进一步的，油水分离器6的一端与冷凝器7连接，另一端与汽提塔3的塔顶连接，用于将油水分离出的水相送入汽提塔3进行汽提。

进一步的，油水分离器6还设置有与共沸塔2塔釜相连的管道，用于将油水分离后的油相返回到共沸塔2再次进行共沸。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.采用了预脱水塔将大部分水先脱去，解决了废水中大量水的存在导致共沸系统能耗大，再生能耗大，共沸剂用量大，设备尺寸大、投资大的问题。

2.采用了共沸分离，解决了乙醇与水和叔丁醇与水同时三元共沸而导致的难以将乙醇和叔丁醇分离的技术难题；

3.本发明方法可以将乙醇、叔丁醇和水有效分离，分离出的乙醇纯度可达99.8%，叔丁醇纯度可达99.9%，能有效减少浪费，提高回收率；

4.本发明在预脱水处理中利用塔底预热器对预脱水后剩余的热量进行回收，有效节约能源。

5.本发明中的萃取剂选择苯甲酸苄酯或苯甲醚一种或二者混合物，利用其与叔丁醇溶解度大的特性，改变了乙醇和叔丁醇的相对挥发度，同时沸点比乙醇高，经过萃取精馏操作能够有效的将叔丁醇和乙醇分离，不但提高了产品纯度，同时降低了能耗。

6.本该工艺方法投资小、能耗低，无三废，收率高，纯度高，消除了原有工艺对环境污染，能够有效把产生的废乙醇、废叔丁醇利用起来，变废为宝，提高企业附加值。

7.本工艺方法采用环己烷或环戊烷作为夹带剂，夹带剂具有无毒无害，沸点低，容易获得，价格低廉的优点。由于环己烷或者环戊烷不易溶于水但可以和水形成更低共沸点的混合物，这样就可以优先于水共沸从塔顶出来，使得原来的三元共沸的乙醇-叔丁醇-水共沸中水被夹带剂带走，而不能形成三元共沸变得容易分离，装置能耗更低，分离容易，设备投资少的优点。

8.本工艺方法采用苯甲酸苄酯或苯甲醚的一种或两种混合物作为萃取剂，使得原来常压下乙醇-叔丁醇的相对挥发度从1.01难分离变为1.17-1.3而容易进行分离，这样可以有效降低塔高度，降低设备投资，降低回流比和能耗的优点。

附图说明

图1是实施例1中乙醇-叔丁醇-水精馏分离工艺流程图。

1预脱水塔，2共沸塔，3汽提塔，4萃取精馏塔，5再生塔，6油水分离器，7冷凝器。

具体实施方式

原料预脱水以后，采用环己烷共沸深度脱水，脱水以后的乙醇和叔丁醇在苯甲酸苄酯作为萃取剂的作用下，进行常压萃取精馏，塔顶获得乙醇产品，塔釜混合物到再生塔进行减压再生，萃取剂苯甲酸苄酯循环使用。

实施例1：如图1所示，包括以下步骤：

s1.原料进入预脱水塔1进行预脱水处理，预脱水塔1操作压力为101kpa，塔顶操作温度为85-100℃，理论塔板数为36-85，优选为44块；最佳进料位置26-44块，优选为29块；预脱水塔的操作回流比为1.8，得到气相物料和水，气相物料是乙醇、叔丁醇和少量水的混合物，预脱水塔1通过塔底预热器对塔釜热量进行回收，有效节约能耗，塔釜的水满足国家污水综合排放标准(gb8978-2002)二级水质排放标准，直接排出；

s2.将s1得到的气相物料进入共沸塔2加入环己烷进行共沸精馏，得到低沸点气相物料和乙醇、叔丁醇和水、环己烷的混合物；共沸塔2采用常压精馏，塔操作压力为101kpa，理论塔板数为42-60，优选理论板数为45，最佳进料位置7/18块，共沸塔2的操作回流比为0.55；

s3.将s2中得到的低沸点气相物料冷凝后进入油水分离器6进行油水分离，得到油相和水相，将油相返回到s2中再次共沸脱水；

s4.将s3中得到的水相进入汽提塔进行汽提，塔操作压力为101kpa，理论板数为10-35，优选为22，最佳进料位置为2，汽提塔的操作回流比为2，汽提后的水满足国家污水综合排放标准(gb8978-2002)二级水质排放标准，直接排出，汽提后的剩余液相物料返回到s2中再次进行共沸精馏，同时对环己烷进行循环利用；

s5.将s2中得到的乙醇和叔丁醇进入萃取精馏塔4，加入苯甲酸苄酯进行萃取分离，塔操作压力为101kpa,理论板数为55，最佳进料位置为3/18，萃取精馏塔4的操作回流比为4，得到乙醇产品和叔丁醇与苯甲酸苄酯的混合物，乙醇产品纯度为99.8%；

s6.将s5中得到的叔丁醇和苯甲酸苄酯的混合物进入再生塔5进行再生，塔操作压力为20kpa，理论板数为16，最佳进料位置为12，萃取精馏塔的操作回流比为0.22，得到苯甲酸苄酯和叔丁醇产品，苯甲酸苄酯返回萃取精馏塔4循环使用，叔丁醇产品纯度为99.9%。

实施例2

a1.原料进入预脱水塔1进行预脱水处理，预脱水塔1操作压力为105kpa，塔顶操作温度为85-100℃，理论塔板数为55，最佳进料位置38块；预脱水塔的操作回流比为1.4，得到液相物料和水，气相物料是乙醇、叔丁醇和少量水的混合物，预脱水塔1通过塔底预热器对塔釜热量进行回收，有效节约能耗，塔釜的水满足国家污水综合排放标准(gb8978-2002)二级水质排放标准，直接排出；

a2.将a1得到的液相物料进入共沸塔2加入环戊烷进行共沸精馏，得到低沸点气相物料和乙醇、叔丁醇和水、环戊烷的混合物；共沸塔2采用常压精馏，塔操作压力为102kpa，理论板数为38，最佳进料位置4/12块，共沸塔2的操作回流比为0.4；

a3.将a2中得到的低沸点气相物料冷凝后进入油水分离器6进行油水分离，得到油相和水相，将油相返回到a2中再次共沸脱水；

a4.将a3中得到的水相进入汽提塔与a2中得到的乙醇、叔丁醇和水、环戊烷的混合物共同进行汽提，塔操作压力为105kpa，理论板数为18，最佳进料位置为2，汽提塔的操作回流比为1.9，汽提后的水满足国家污水综合排放标准(gb8978-2002)二级水质排放标准，直接排出，汽提后的剩余液相物料返回到a2中再次进行共沸精馏，同时对环戊烷进行循环利用；

a5.将a2中得到的乙醇和叔丁醇直接进行减压3kpa精馏，理论板数85块，进料板位置36块，回流比3.5，获得乙醇产品和叔丁醇产品，塔顶乙醇产品纯度为99.88%，塔釜叔丁醇产品纯度为99.9%。

实施例3

c1.原料进入预脱水塔1进行预脱水处理，预脱水塔1操作压力为110kpa，塔顶操作温度为88-108℃，理论塔板数为44，最佳进料位置26块；预脱水塔的操作回流比为1.6，得到液相物料和水，气相物料是乙醇、叔丁醇和少量水的混合物，预脱水塔1通过塔底预热器对塔釜热量进行回收，有效节约能耗，塔釜的水满足国家污水综合排放标准(gb8978-2002)二级水质排放标准，直接排出

c2.将c1得到的液相物料进入共沸塔2加入环戊烷进行共沸精馏，得到低沸点气相物料和乙醇、叔丁醇和水、环戊烷的混合物；共沸塔2采用常压精馏，塔操作压力为108kpa，理论板数为42，最佳进料位置3/10块，共沸塔2的操作回流比为0.48；

c3.将c2中得到的低沸点气相物料冷凝后进入油水分离器6进行油水分离，得到油相和水相，将油相返回到c2中再次共沸脱水；

c4.将c3中得到的水相进入汽提塔与c2中得到的乙醇、叔丁醇和水、环戊烷的混合物共同进行汽提，塔操作压力为105kpa，理论板数为18，最佳进料位置为2，汽提塔的操作回流比为1.9，汽提后的水满足国家污水综合排放标准(gb8978-2002)二级水质排放标准，直接排出，汽提后的剩余液相物料返回到c2中再次进行共沸精馏，同时对环戊烷进行循环利用；

c5.将c2中得到的乙醇和叔丁醇进入萃取精馏塔4，加入苯甲酸苄酯和苯甲醚1:1（wt%）进行萃取分离，塔操作压力为101kpa,理论板数为42，最佳进料位置为2/11，萃取精馏塔4的操作回流比为3.5，得到乙醇产品和叔丁醇与苯甲酸苄酯的混合物，乙醇产品纯度为99.7%；

c6.将c5中得到的叔丁醇和苯甲酸苄酯、苯甲醚的混合物进入再生塔5进行再生，塔操作压力为35kpa，理论板数为22，最佳进料位置为15，萃取精馏塔的操作回流比为0.4，得到苯甲酸苄酯、苯甲醚和叔丁醇产品，苯甲酸苄酯、苯甲醚返回萃取精馏塔4循环使用，叔丁醇产品纯度为99.8%。

实施例4

d1.原料进入预脱水塔1进行预脱水处理，预脱水塔1操作压力为106kpa，塔顶操作温度为88-107℃，理论塔板数为38，最佳进料位置22块；预脱水塔的操作回流比为1.85，得到液相物料和水，气相物料是乙醇、叔丁醇和少量水的混合物，预脱水塔1通过塔底预热器对塔釜热量进行回收，有效节约能耗，塔釜的水满足国家污水综合排放标准(gb8978-2002)二级水质排放标准，直接排出

d2.将d1得到的液相物料进入共沸塔2加入环戊烷进行共沸精馏，得到低沸点气相物料和乙醇、叔丁醇和水、环戊烷的混合物；共沸塔2采用常压精馏，塔操作压力为102kpa，理论板数为55，最佳进料位置6/18块，共沸塔2的操作回流比为0.32；

d3.将d2中得到的低沸点气相物料冷凝后进入油水分离器6进行油水分离，得到油相和水相，将油相返回到d2中再次共沸脱水；

d4.将d3中得到的水相进入汽提塔与d2中得到的乙醇、叔丁醇和水、环戊烷的混合物共同进行汽提，塔操作压力为105kpa，理论板数为18，最佳进料位置为2，汽提塔的操作回流比为1.9，汽提后的水满足国家污水综合排放标准(gb8978-2002)二级水质排放标准，直接排出，汽提后的剩余液相物料返回到d2中再次进行共沸精馏，同时对环戊烷进行循环利用；

d5.将d2中得到的乙醇和叔丁醇进入萃取精馏塔4，加入苯甲醚进行萃取分离，塔操作压力为101kpa,理论板数为65，最佳进料位置为5/18，萃取精馏塔4的操作回流比为4.2，得到乙醇产品和叔丁醇与苯甲醚的混合物，乙醇产品纯度为99.65%；

d6.将d5中得到的叔丁醇和苯甲醚的混合物进入再生塔5进行再生，塔操作压力为50kpa，理论板数为18，最佳进料位置为12，萃取精馏塔的操作回流比为0.2，得到苯甲醚和叔丁醇产品，苯甲醚返回萃取精馏塔4循环使用，叔丁醇产品纯度为99.9%。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。