一种混合萃取剂分离异丙醇-甲酸丙酯共沸物的间歇精馏工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种混合萃取剂分离异丙醇-甲酸丙酯共沸物的间歇精馏工艺，属于异丙醇-甲酸丙酯共沸物萃取精馏技术。该工艺的特点在于萃取剂为加入了离子液体的混合物，且操作方式为减压间歇操作，具有操作简单、萃取剂可回收、能耗低的优点。
【背景技术】
[0002]异丙醇(isopropanol)，又名二甲基甲醇、2-丙醇，行业中也作IPA，分子式为C3H8O,化学性质与乙醇、丙醇相似，但是有仲醇的特性，能够溶解生物碱、橡胶、虫胶、山达月旨、松香、乳香、合成树脂等多种有机物。此外，它还是精制润滑油的优良脱蜡剂、棉籽油的萃取剂、防冻剂、脱水机、防雾剂，在医药、农药、香料、化妆品、有机合成方面有着广泛的应用。甲酸丙酯(propyl methanoate)，分子式为C4H8O2,常用作有机溶剂，并用于制造香料、熏蒸杀虫剂和杀菌剂，也用于调配菠萝蜜、樱桃、苹果、柠檬等果香型食用香精以及朗姆酒、白兰地等酒用香精，在食品药品行业具有广泛的应用。但是由于两者存在共沸，常规的方法无法得到高纯的两种物质，从而极大的限制了两者的应用，因此开发两者分离的技术十分必要。本发明旨在为两者分离提供一种经济、简便、分离效率高的工艺方法。
[0003]精馏是石油化工行业最常用、最基本的分离方法，从上世纪初精馏开始工业化运用开始，已经有100多年的时间，精馏技术也不断得以发展，周边各种技术也不断的与精馏进行结合，创新出新的精馏工艺。当经历过上世纪80年代能源危机，尤其在2008年之后，随着石油价格不断攀升，人们开始意识到提高能源利用率、降低能耗才是未来工业的出路，精馏技术亦是如此。本发明采用是减压萃取精馏，在能耗、投资成本、环境压力方面有较大优势。
[0004]离子液体作为一种环境友好型溶剂，最近几年有替代传统溶剂的趋势，也成为各个领域的研究热点，展示了广阔的应用潜力和市场前景。近几年关于离子液体的论文和专利成级数递增，而美国、欧洲、日本更是将离子液体列入国家战略发展规划，许多跨国集团公司如:德国BASF、德国Merck、美国Shell、比利时Bakert、日本三菱等致力于离子液体应用技术研发，其中德国BASF制备烧氧基苯基膦的BASIL (biphasic acid scavengingutilising 1nic liquids)脱酸技术极大地提高了效率，引起国际社会广泛关注。
[0005]尚子液体之所以能够成为研究热点，与其自身优良的特性分不开:与传统的有机溶剂和电解质相比，离子液体具有一系列突出优点:①几乎没有蒸气压、不挥发、无色、无味；②有较大的稳定温度范围，较好的化学稳定性及较宽的电化学稳定电位窗口 ；③通过阴阳离子的设计可调节其对无机物、水、有机物及聚合物的溶解性，并且其酸度可调至超酸。
[0006]虽然离子液体具有众多的优点，但是由于目前市场价格昂贵，且萃取剂的用量较大，导致生产成本非常高，因此使用率较低。研究人员发现，离子液体可以与配位剂组成新的离子液体，能够有效降低工业化应用的成本，且同时兼具两者的优点，常用的配位剂有乙二醇、甘油等，本发明选用的配位剂为乙二醇，与离子液体组成混合溶剂。
[0007]基于离子液体的优点，精馏工艺中可使用传统有机溶剂与离子液体的混合液作为萃取剂，能够有效的降低传统溶剂的损失(离子液体不挥发、损失率极低，且循环使用)，降低生产成本，同时可以提高产品质量。
[0008]申请号为201410619746.0 —种甲醇-甲酸丙酯共沸物萃取精馏分离的新工艺、申请号为201510013539.5 一种混合溶剂连续萃取精馏分离乙醇-甲苯共沸物的方法，均采用N-甲基吡咯烷酮与离子液体组成的混合溶剂作萃取剂，而申请号为201410619744.1 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，混合萃取剂采用的离子液体为咪唑乙酸盐类。与以上发明专利相比，本发明专利在共沸体系、混合萃取剂的组合上具有明显的创新性。
[0009]现有的共沸体系分离手段基本分为两类:共沸精馏和萃取精馏。萃取精馏在产品纯度、能耗方面较共沸精馏具有优势。萃取精馏关键在于萃取剂的选择。对于醇-酯共沸体系，较为常用的萃取剂为乙二醇，目前乙二醇价格在4000~7000元/吨，而新型的离子液体萃取剂价格则十分高昂。例如甲基咪唑类磷酸盐离子液体，目前作为其原料的甲基咪唑市场价格在30000~45000元/吨，而四氟磷酸钠价格在20000~30000元/吨，六氟磷酸钠价格更高达180000元/吨。较传统溶剂，虽然离子液体作为萃取剂有众多优点，但是高昂的投资成本让其工业化应用十分困难。CN103193590A —种连续萃取分离混合醇-水的方法、CN102627556A 一种萃取精馏分离甲酸乙酯-乙醇-水的工艺均采用乙二醇作萃取剂；CN103193590A离子液体萃取精馏分离醋酸-水的方法采用离子液体作为萃取剂，而且以上发明均采用常压精馏工艺，能耗成本较大。总而言之，如何降低萃取剂损耗和生产成本、提高产品纯度是目前精馏工艺亟需解决的问题。
【发明内容】
[0010]为了解决目前萃取精馏工艺存在的问题，本发明萃取剂采用配位剂(乙二醇)与离子液体形成混合萃取剂，能够有效提高产品纯度和萃取效率，降低生产成本及能耗。本发明采用的离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Emim] [BF4])、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Bmim] [PF6])，同属于烷基咪唑类的离子液体。目前尚未发现关于异丙醇-甲酸丙酯共沸体系分离的专利、文献报道或发表，更未见离子液体在该共沸体系应用的工艺出现，因此本发明弥补目前技术上的空缺。本发明最大的优点在于萃取剂选择上的创新，优化了分离工艺，降低了分离能耗，以及得到高质量的异丙醇、甲酸丙酯产品，具有极高的推广价值。
[0011]本发明的目的在于提供一种混合萃取剂分离异丙醇-甲酸丙酯共沸物的间歇精馏工艺。该工艺特点是在于萃取剂选用离子液体与常规溶剂组成的混合物，操作方式为减压间歇操作。
[0012]—种混合萃取剂分离异丙醇-甲酸丙酯共沸物的间歇精馏工艺，该工艺主要设备由塔爸、精馏塔、冷凝器、回流装置、产品罐、过渡馏分罐、进料栗、真空装置等构成。
[0013]—种混合萃取剂分离异丙醇-甲酸丙酯共沸物的间歇精馏工艺，本发明是通过以下过程得以实现的。
[0014]异丙醇-甲酸丙酯混合物进料栗I经原料管加入塔釜内，乙二醇-离子液体组成混合萃取剂经进料栗从塔上部不断加入，萃取剂用量与原料比为2~6:1，该塔操作压力为0.3atm0混合萃取剂进塔后，对萃取精馏塔进行全回流操作。当塔顶温度达到47~47.5°C，以回流比2~5:1采出含量多99.5%的甲酸丙酯至产品罐I ;当萃取精馏塔塔顶采出的甲酸丙酯产品含量< 98%以下，且塔顶温度高于50°C时，停止加入萃取剂，并以回流比3~5:1采出甲酸丙酯-异丙醇过渡馏分至过渡罐I ;当塔顶温度达到53~54°C时，以回流比1~2:1采出异丙醇至产品罐2，当塔顶温度高于63°C时，以回流比1:1采出异丙醇-乙二醇过渡馏分至过渡罐2 ;当塔顶温度高于140°C，停车。待系统冷却后，塔釜放出纯度高于99.5%的萃取剂，下批料待用。
[0015]萃取精馏塔技术参数如下:该塔理论塔板数为40~60，萃取剂进料位置为第3-5块板；回流比为1~5，操作压力为0.3atm ;萃取剂为乙二醇(80~90wt%)与离子液体(10~20wt%)，萃取剂进料量与原料进料比为2~6:1，进料温度为30~40°C，压力为0.1lMPa ；原料为异丙醇(36.5wt%)与甲酸丙酯(63.5wt%)的近共沸组成，进料温度为30~40°C，压力为 0.1 IMPa。
【附图说明】
[0016]图1为本发明装置及流程示意图。
【具体实施方式】
[0017]实施例一
一种混合萃取剂分离叔丁醇-丙酸甲酯共沸物的间歇精馏工艺。萃取剂选用乙二醇和1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Emim] [BF4]) (20wt%);原料处理量为1000kg，原料组成为异丙醇(36.5wt%)与甲酸丙酯(63.5wt%)的近共沸组成，萃取剂用量与原料进料比为3~4:1，萃取精馏塔塔板数为60，萃取剂进料位置在第5块塔板。回流比设定为4，当塔顶温度达到47~47.5°C，以回流比5:1采出含量彡99.5%的甲酸丙酯至产品罐I ;当萃取精馏塔塔顶采出的甲酸丙酯产品含量< 98%以下且塔顶温度高于50°C时，停止加入萃取剂，并以回流比5:1采出甲酸丙酯-异丙醇过渡馏分至过渡罐I ;当塔顶温度达到54~55°C时，以回流比2:1采出异丙醇至产品罐2，当塔顶温度高于65°C时，以回流比1:1采出异丙醇-乙二醇过渡馏分至过渡罐2 ;当塔顶温度高于140°C，停车。待系统冷却后，塔釜放出纯度高于99.5%的萃取剂，下批料待用。
[0018]实施例二
萃取剂选用乙二醇和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Bmim] [PF6])，其他条件如实施例一。得到的甲酸丙酯跟异丙醇产品纯度均在99.5%以上。
【主权项】
1.一种混合萃取剂分离异丙醇-甲酸丙酯共沸物的间歇精馏工艺，其特征在于以下操作方法和技术参数: .1)操作方法:异丙醇-甲酸丙酯混合物进料栗I经原料管加入塔釜内，乙二醇-离子液体组成混合萃取剂经进料栗从塔上部不断加入，萃取剂用量与原料比为2~6:1，该塔操作压力为0.3atm ;混合萃取剂进塔后，对萃取精馏塔进行全回流操作；当塔顶温度达到47-47.5°C,以回流比2~5:1采出含量彡99.5%的甲酸丙酯至产品罐I ;当萃取精馏塔塔顶采出的甲酸丙酯产品含量< 98%以下，且塔顶温度高于50°C时，停止加入萃取剂，并以回流比3~5:1采出甲酸丙酯-异丙醇过渡馏分至过渡罐I ;当塔顶温度达到53~54°C时，以回流比1~2:1采出异丙醇至产品罐2 ;当塔顶温度高于63°C时，以回流比1:1采出异丙醇-乙二醇过渡馏分至过渡罐2 ;当塔顶温度高于140°C，停车；待系统冷却后，塔釜放出纯度高于99.5%的萃取剂，下批料待用； .2)技术参数:萃取精馏塔理论塔板数为40~60，萃取剂进料位置为第3~5块板；回流比为1~5，操作压力为0.3atm ;萃取剂为乙二醇(80~90wt%)与离子液体(10~20wt%)，萃取剂进料量与原料进料比为2~6:1，进料温度为30~40°C，压力为0.1lMPa ;原料为异丙醇(36.5wt%)与甲酸丙酯(63.5wt%)的近共沸组成，进料温度为30~40°C，压力为0.1lMPa0
【专利摘要】本发明公开了一种混合萃取剂分离异丙醇-甲酸丙酯共沸物的间歇精馏工艺，其特征在于选用乙二醇与离子液体的混合物作为萃取剂，从萃取精馏塔的上端加入，异丙醇-甲酸丙酯共沸物加入釜内，通过调节回流比，控制产品的质量，依次从塔顶得到甲酸丙酯产品、甲酸丙酯-异丙醇过渡段、异丙醇产品、异丙醇-乙二醇过渡段。其中甲酸丙酯、异丙醇产品含量均在99.5%以上，且两个过渡馏分、塔底萃取剂可回收，待下批次物料一起处理。本发明采用间歇减压精馏，具有设备简单、投资少、操作灵活、能耗低、产品质量高等优点，适合中小规模化生产。
【IPC分类】C07C31/10, C07C27/32, C07C69/06, C07C67/54, C07C29/84
【公开号】CN105152856
【申请号】CN201510418606
【发明人】姜占坤, 刘顺江, 孙国新
【申请人】济南大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年7月17日