專利名稱：一種減壓精餾生產(chǎn)高純度光學(xué)異戊醇的方法及其工藝流程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工分離技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種減壓精餾生產(chǎn)高純度光學(xué)異戊醇 的方法及其工藝流程。
背景技術(shù)：
用發(fā)酵法生產(chǎn)酒精時，副產(chǎn)約0.2-1.1%的雜醇油，其中混合戊醇含量為 45-70%。我國每年發(fā)酵酒精產(chǎn)量約為200多萬噸，所以每年產(chǎn)生的雜醇油近萬噸。將 雜醇油回收利用，既可以作為高附加值精細化工產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)原料，又可減少對環(huán)境的污 染，從而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。目前可容易地將雜醇油處理為高濃度的混合戊醇，該混合戊醇中含有15-30%的 2-甲基-1- 丁醇(俗稱光學(xué)異戊醇)，其余為3-甲基-1- 丁醇(俗稱異戊醇)。異戊醇 是溶劑和合成香料的重要原料，光學(xué)異戊醇是合成手性化合物尤其是手性液晶材料的重 要中間體，目前光學(xué)異戊醇基本依靠進口以滿足國內(nèi)需求。因此，從混合戊醇中分離生 產(chǎn)高純度的光學(xué)異戊醇與異戊醇具有重要的意義。由于光學(xué)異戊醇與異戊醇沸點差只有2.8°C，常壓下的相對揮發(fā)度約為1.078， 將這二者高效、高純度的分離是很困難的。目前國內(nèi)外常用的方法有普通精餾、共沸 精餾、萃取精餾、精密精餾、氣相色譜柱分離法、化學(xué)分離法等。(1)普通精餾。由于分離效果差，操作費用高，光學(xué)異戊醇的回收率低等原因， 該方法目前已經(jīng)遭到淘汰。(2)共沸精餾。加入一種共沸劑使光學(xué)異戊醇與異戊醇的相對揮發(fā)度提高而達到 分離的目的，由于共沸劑與光學(xué)異戊醇一起從塔頂餾出，因此還需要另外的裝置分離共 沸劑與光學(xué)異戊醇。因此存在工藝流程復(fù)雜、裝置投資大，操作費用高等問題。美國專 利 U.S.3,356,593、U.S.5,658,436、U.S.5,360,520 采用的就是這種方法。(3)萃取精餾。采用一種醇類萃取劑，改善精餾的理論板數(shù)和操作條件，從而提 高產(chǎn)品的純度。但是，萃取劑的加入使得塔的處理負荷增大，操作費用增加，工藝流程 復(fù)雜，自動控制困難。同時，產(chǎn)品純度的提高有一定的限制。李肖華在“分離旋性戊醇 與異戊醇萃取劑的選擇”(《浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報》，1998，26(2) 104-107) 一文中對此 有所說明。(4)精密精餾。通過一定的過程強化手段提高精餾的效果，比如張維剛“精密 精餾分離光學(xué)異戊醇研究”(《化學(xué)工程》，2000，28(4) 10-17)采用的是高效填料， 周榮琪“旋性戊醇與異戊醇分離的研究”(《石油化工》，1996，25(2) 99-101)采用 的是鹽析_特殊精密精餾。劉鉞“從異戊醇中分離2-甲基丁醇、3-甲基丁醇的裝置及 應(yīng)用方法”(專利CN100369875C)采用的并聯(lián)螺旋填料。宋航“能同時分離提純外消旋 光學(xué)戊醇、光學(xué)活性戊醇、異戊醇的方法和裝置”(專利CN1181026C)采用的增加液泛 操作，全回流分兩次進行的方法。但是由于受制于兩者相對揮發(fā)度的不同，精密精餾的 效果還是不夠好。
(5)氣相色譜分離法。由于處理量太小，僅僅作為一種分析檢測手段，無法進行 工業(yè)化應(yīng)用價值。(6)化學(xué)分離法。將兩者與其它物質(zhì)反應(yīng)，然后利用反應(yīng)物物化性質(zhì)的不同而進 行分離。這種方法工藝路線太復(fù)雜，成本太高，目前已經(jīng)很少采用。通過以上分析可以看出，目前從雜醇油或混合戊醇中分離光學(xué)異戊醇與異戊醇 的各種方法中化學(xué)分離法工藝路線太復(fù)雜，成本太高，而且由于進行反應(yīng)容易造成環(huán)境的污 染，工業(yè)上很少采用。氣相色譜分離法處理量太小，沒有工業(yè)化應(yīng)用的價值；普通精餾法的處理效果 差，回收率低，操作費用高，目前很少采用。共沸精餾與萃取精餾由于都要引入第三種物質(zhì)(共沸劑或者萃取劑)，導(dǎo)致工藝 流程復(fù)雜，裝置投資增加，處理成本高。精密精餾是目前能夠工業(yè)化的一種可行的方法，但是精密精餾采用的是過程強 化的手段來提高精餾的效果，沒有從根本上改變光學(xué)異戊醇與異戊醇物系的相對揮發(fā) 度，因此處理的成本以及產(chǎn)品的純度與回收率都受到限制。張維剛的結(jié)果是異戊醇產(chǎn)品 含量95.5% (質(zhì)量)，收率達95.0% (質(zhì)量)；光學(xué)異戊醇95.0%，收率達85.0%;周榮 琪的結(jié)果是旋性戊醇的收率30%，產(chǎn)品純度97.9%;劉鉞的結(jié)果是光學(xué)異戊醇與異戊醇 產(chǎn)品純度為99.5%，其精餾塔的塔高為25m，回流比為40 1 ；宋航的結(jié)果是光學(xué)異戊 醇與異戊醇產(chǎn)品純度為98%。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種減壓精餾生產(chǎn)高純度光學(xué)異戊醇的 方法及其工藝流程，該方法采用減壓精餾的手段從雜醇油或混合戊醇中生產(chǎn)高純度光學(xué) 異戊醇，由于改變了待分離物料的相對揮發(fā)度，從根本上解決了傳統(tǒng)分離方法存在的分 離效率低、工藝復(fù)雜、處理成本高等技術(shù)問題。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種減壓精餾生產(chǎn)高純度光學(xué)異戊醇的方法，所述方法 利用一減壓精餾塔和一塔頂冷凝器，通過一個真空系統(tǒng)降低待分離的輸入物料的操作壓 力，增加光學(xué)異戊醇與異戊醇的相對揮發(fā)度，光學(xué)異戊醇和異戊醇經(jīng)過減壓精餾塔后， 在減壓精餾塔的傳熱與傳質(zhì)作用下，分為塔頂?shù)臍庀辔镔|(zhì)和塔底的液相物質(zhì)，在所述減 壓精餾塔的底部，設(shè)置一個熱虹吸再沸器，利用所述熱虹吸再沸器使得流出減壓精餾塔 底部的液體物質(zhì)經(jīng)過熱虹再沸器加熱后，作為回流氣相返回所述減壓精餾塔中，利用所 述塔頂冷凝器使得離開減壓精餾塔頂部的塔頂氣相物質(zhì)經(jīng)過冷凝器冷卻后，作為回流液 相物質(zhì)返回所述減壓精餾塔中，迫使氣相物質(zhì)和液相物質(zhì)兩相回流且逆向接觸；所述減 壓精餾塔的操作壓力在0.05atm-0.5atm之間；所述減壓精餾塔的回流比在10比1至20比 1之間；所述輸入物料的進料位置在減壓精餾塔塔高5/10-9/10之間。所述輸入物料中光學(xué)異戊醇含量在10% -90%之間。所述減壓精餾塔的填料層高度小于10m。所述方法采用的塔頂冷凝器為列管式換熱器。
所述減壓精餾塔輸出的光學(xué)異戊醇純度大于99.95%。減壓精餾塔輸出的異戊醇純度大于99.95%。所述光學(xué)異戊醇的回收率大于99.9%所述異戊醇的回收率大于99.9%。所述塔頂冷凝器與所述真空系統(tǒng)相連接，用于控制整個減壓精餾塔的操作壓 力?！N減壓精餾生產(chǎn)高純度光學(xué)異戊醇的工藝流程，采用如下步驟第一步將需要分離的混合異戊醇經(jīng)過進料泵輸送到塔頂冷凝器中，輸入物料 的速度控制在塔頂冷凝器中的停留時間為Is-IOs為宜，塔頂冷凝器為列管式換熱器，管 道壓力約為latm_2atm，經(jīng)過冷凝器后，輸入原料從20°C左右預(yù)熱到50°C-70°C ；第二步關(guān)閉與減壓精餾塔相連的各個閥門，啟動真空系統(tǒng)，調(diào)整減壓精餾塔 的操作壓力，減壓精餾塔的壓力逐漸降低至上述所述范圍內(nèi)，并維持不變；啟動設(shè)置在 管道上的進料泵，打開安裝在減壓精餾塔上的進料閥門，混合異戊醇從管道進入減壓精 餾塔，當減壓精餾塔底部的熱虹吸再沸器內(nèi)液位達到1/4處時，開通與熱虹吸再沸器相 連的蒸汽，保持減壓精餾塔的全回流狀態(tài)，減壓精餾塔內(nèi)溫度逐漸上升，等到減壓精餾 塔的塔頂溫度達到預(yù)定溫度時，打開減壓精餾塔的塔頂出料閥門與減壓精餾塔的塔底出 料閥門；第三步減壓精餾塔的進料位置根據(jù)原料組成的不同而不同，總體范圍控制在 上述要求范圍內(nèi)；第四步減壓精餾塔頂上升的蒸汽經(jīng)過冷凝器冷凝，一部分作為光學(xué)異戊醇產(chǎn) 品采出，一部分作為回流液體返回減壓精餾塔中，保證減壓精餾塔的回流比在上述要求 的所述范圍內(nèi)；第五步減壓精餾塔底下降的液體一部分作為異戊醇產(chǎn)品采出，一部分經(jīng)過熱 虹吸再沸器加熱，作為回流氣返回減壓精餾塔中。本發(fā)明采用減壓精餾的手段，通過研究不同壓力下光學(xué)異戊醇與異戊醇兩者相 對揮發(fā)度的關(guān)系，實現(xiàn)了高效分離混合異戊醇的分離方法，提高了產(chǎn)品的純度。本發(fā)明 通過對工藝過程的熱量集成，進一步降低了分離過程的處理費用。本發(fā)明實現(xiàn)的原理為精餾分離是利用均相混合物中各組分揮發(fā)度的差異，使氣、液兩相回流并且逆 向多級接觸，從而使混合物得到分離的過程。通常，如果兩個物質(zhì)的相對揮發(fā)度小于 1.1，則采用普通精餾分離時會使回流比很大，理論板數(shù)很多，造成處理成本很高。由于 光學(xué)異戊醇與異戊醇常壓下的相對揮發(fā)度約為1.078，將這二者高效、高純度的分離是很 困難的。由于光學(xué)異戊醇與異戊醇兩者的相對揮發(fā)度隨著外界壓力的不同而改變，降低 操作壓力可以增加該物系的相對揮發(fā)度。首先通過實驗測定了不同溫度下光學(xué)異戊醇與 異戊醇的飽和蒸汽壓，根據(jù)以上數(shù)據(jù)計算了絕對壓力為0.01atm-0.8atm下光學(xué)異戊醇與 異戊醇兩者的相對揮發(fā)度。其次，通過過程建模與優(yōu)化，確定了年度總費用最小時的減 壓精餾塔操作壓力，操作壓力在0.05atm-0.5atm之間。然后，通過實驗以及計算模擬研 究了在適宜的操作壓力下，減壓精餾塔的進料位置、回流比、總理論板數(shù)等因素對產(chǎn)品 光學(xué)異戊醇、異戊醇的純度以及回收率的影響規(guī)律，確定相應(yīng)的參數(shù)。最后，對工藝過
6程進行熱集成，采用塔頂冷凝器預(yù)熱原料，進一步降低處理費用。本發(fā)明具有如下有益效果本發(fā)明通過改變精餾的操作壓力，從根本上改變光學(xué)異戊醇與異戊醇物系的相 對揮發(fā)度，從而提高精餾的效果，在降低操作費用減少處理成本的同時，獲得純度為 99.95%光學(xué)異戊醇與異戊醇產(chǎn)品。本發(fā)明在所發(fā)明的減壓精餾分離光學(xué)異戊醇與異戊醇的基礎(chǔ)上，對工藝流程進 行熱集成設(shè)計，進一步降低了分離過程的處理成本。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
進一步說明本發(fā)明。

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1.進料泵；2.塔頂冷凝器；3.減壓精餾塔；4.熱虹吸再沸器。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖進一步說明，并非限制本發(fā)明所涉及的范圍。參見圖1所示，本發(fā)明的流程為所要分離的混合異戊醇經(jīng)過進料泵1輸送到塔 頂冷凝器2中，塔頂冷凝器2為列管式換熱器，混合異戊醇走管道，離開塔頂冷凝器2的 混合異戊醇進入到減壓精餾塔3中進行分離。塔頂冷凝器2與真空系統(tǒng)相連接，從而控 制整個減壓精餾塔3的操作壓力。從減壓精餾塔3的頂部上升的蒸汽經(jīng)過冷凝器冷凝， 一部分作為光學(xué)異戊醇采出，一部分作為回流液體返回減壓精餾塔3中。減壓精餾塔3 底部設(shè)有熱虹吸再沸器4。從減壓精餾塔3的底部下降的液體一部分作為異戊醇產(chǎn)品采 出，一部分經(jīng)過再沸器加熱，作為回流氣相返回減壓精餾塔3中。下面為
具體實施例方式實施實例1:原料混合異戊醇中光學(xué)異戊醇占10.42%，異戊醇占89.53%，其他 含量為雜質(zhì)，溫度為20V。按照前文所述的步驟在所述的減壓精餾塔內(nèi)進行減壓精餾， 減壓精餾塔的操作壓力為0.05-0.5atm范圍內(nèi)的一個優(yōu)化后的最適宜的壓力，回流比為 20 1，進塔前預(yù)熱到60°C，進料位置在塔的6/10處，原料在塔頂冷凝器的停留時間為 5s,物料在減壓精餾塔內(nèi)的停留時間為20s，塔底采出百分比為25%，所得產(chǎn)品質(zhì)量光學(xué) 異戊醇純度99.95%，異戊醇純度99.98%。實施實例2:原料混合異戊醇中光學(xué)異戊醇占19.30%，異戊醇占80.62%，其他 含量為雜質(zhì)，溫度為20V。按照前文所述的步驟在所述的減壓精餾塔內(nèi)進行減壓精餾， 減壓精餾塔的操作壓力為0.05-0.5atm范圍內(nèi)的一個優(yōu)化后的最適宜的壓力，回流比為 18 1，進塔前預(yù)熱到60°C，進料位置在塔的6/10處，原料在塔頂冷凝器的停留時間為 5s,物料在減壓精餾塔內(nèi)的停留時間為22s，塔底采出百分比為28%，所得產(chǎn)品質(zhì)量光學(xué) 異戊醇純度99.96%，異戊醇純度99.97%。實施實例3:原料混合異戊醇中光學(xué)異戊醇占30.11%，異戊醇占69.85%，其他 含量為雜質(zhì)，溫度為20V。按照前文所述的步驟在所述的減壓精餾塔內(nèi)進行減壓精餾， 減壓精餾塔的操作壓力為0.05-0.5atm范圍內(nèi)的一個優(yōu)化后的最適宜的壓力，回流比為 18 1，進塔前預(yù)熱到65°C，進料位置在塔的6/10處，原料在塔頂冷凝器的停留時間為
75s，物料在減壓精餾塔內(nèi)的停留時間為22s，塔底采出百分比為30%，所得產(chǎn)品質(zhì)量光學(xué) 異戊醇純度99.97%，異戊醇純度99.97%。實施實例4:原料混合異戊醇中光學(xué)異戊醇占60.93%，異戊醇占39.01%，其他 含量為雜質(zhì)，溫度為20V。按照前文所述的步驟在所述的減壓精餾塔內(nèi)進行減壓精餾， 減壓精餾塔的操作壓力為0.05-0.5atm范圍內(nèi)的一個優(yōu)化后的最適宜的壓力，回流比為 15 1，進塔前預(yù)熱到65°C，進料位置在塔的7/10處，原料在塔頂冷凝器的停留時間為 4s,物料在減壓精餾塔內(nèi)的停留時間為25s，塔底采出百分比為33%，所得產(chǎn)品質(zhì)量光學(xué) 異戊醇純度99.97%，異戊醇純度99.96%。實施實例5:原料混合異戊醇中光學(xué)異戊醇占79.52%，異戊醇占20.45%，其他 含量為雜質(zhì)，溫度為20V。按照前文所述的步驟在所述的減壓精餾塔內(nèi)進行減壓精餾， 減壓精餾塔的操作壓力為0.05-0.5atm范圍內(nèi)的一個優(yōu)化后的最適宜的壓力，回流比為 12 1，進塔前預(yù)熱到65°C，進料位置在塔的8/10處，原料在塔頂冷凝器的停留時間為 4s,物料在減壓精餾塔內(nèi)的停留時間為25s，塔底采出百分比為35%，所得產(chǎn)品質(zhì)量光學(xué) 異戊醇純度99.98%，異戊醇純度99.97%。
權(quán)利要求
1.一種減壓精餾生產(chǎn)高純度光學(xué)異戊醇的方法，其特征在于所述方法利用一減壓 精餾塔和一塔頂冷凝器，通過一個真空系統(tǒng)降低待分離的輸入物料的操作壓力，增加光 學(xué)異戊醇與異戊醇的相對揮發(fā)度，光學(xué)異戊醇和異戊醇經(jīng)過減壓精餾塔后，在減壓精餾 塔的傳熱與傳質(zhì)作用下，分為塔頂?shù)臍庀辔镔|(zhì)和塔底的液相物質(zhì)，在所述減壓精餾塔的 底部，設(shè)置一個熱虹吸再沸器，利用所述熱虹吸再沸器使得流出減壓精餾塔底部的液體 物質(zhì)經(jīng)過熱虹再沸器加熱后，作為回流氣相返回所述減壓精餾塔中，利用所述塔頂冷凝 器使得離開減壓精餾塔頂部的塔頂氣相物質(zhì)經(jīng)過冷凝器冷卻后，作為回流液相物質(zhì)返回 所述減壓精餾塔中，迫使氣相物質(zhì)和液相物質(zhì)兩相回流且逆向接觸；所述減壓精餾塔的操作壓力在0.05atm-0.5atm之間；所述減壓精餾塔的回流比在10比1至20比1之間；所述輸入物料的進料位置在減壓精餾塔塔高5/10-9/10之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減壓精餾生產(chǎn)高純度光學(xué)異戊醇的方法，其特征在于所 述輸入物料中光學(xué)異戊醇含量在10% -90%之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減壓精餾生產(chǎn)高純度光學(xué)異戊醇的方法，其特征在于所 述減壓精餾塔的填料層高度小于10m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減壓精餾生產(chǎn)高純度光學(xué)異戊醇的方法，其特征在于所 述方法采用的塔頂冷凝器為列管式換熱器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減壓精餾生產(chǎn)高純度光學(xué)異戊醇的方法，其特征在于所 述減壓精餾塔輸出的光學(xué)異戊醇純度大于99.95%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減壓精餾生產(chǎn)高純度光學(xué)異戊醇的方法，其特征在于減 壓精餾塔輸出的異戊醇純度大于99.95 %。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的減壓精餾生產(chǎn)高純度光學(xué)異戊醇的方法，其特征在于所 述光學(xué)異戊醇的回收率大于99.9%
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的減壓精餾生產(chǎn)高純度光學(xué)異戊醇的方法，其特征在于所 述異戊醇的回收率大于99.9%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減壓精餾生產(chǎn)高純度光學(xué)異戊醇的方法，其特征在于所 述塔頂冷凝器與所述真空系統(tǒng)相連接，用于控制整個減壓精餾塔的操作壓力。
10.一種用于權(quán)利要求1的減壓精餾生產(chǎn)高純度光學(xué)異戊醇的工藝流程，采用如下步驟第一步將需要分離的混合異戊醇經(jīng)過進料泵輸送到塔頂冷凝器中，輸入物料的速 度控制在塔頂冷凝器中的停留時間為IS-IOs為宜，塔頂冷凝器為列管式換熱器，管道壓 力約為latm-2atm，經(jīng)過冷凝器后，輸入原料從20°C左右預(yù)熱到50°C-70°C ；第二步關(guān)閉與減壓精餾塔相連的各個閥門，啟動真空系統(tǒng)，調(diào)整減壓精餾塔的操 作壓力，減壓精餾塔的壓力逐漸降低至權(quán)利要求1所述范圍內(nèi)，并維持不變；啟動設(shè)置 在管道上的進料泵，打開安裝在減壓精餾塔上的進料閥門，混合異戊醇從管道進入減壓 精餾塔，當減壓精餾塔底部的熱虹吸再沸器內(nèi)液位達到1/4處時，開通與熱虹吸再沸器 相連的蒸汽，保持減壓精餾塔的全回流狀態(tài)，減壓精餾塔內(nèi)溫度逐漸上升，等到減壓精 餾塔的塔頂溫度達到預(yù)定溫度時，打開減壓精餾塔的塔頂出料閥門與減壓精餾塔的塔底 出料閥門；第三步減壓精餾塔的進料位置根據(jù)原料組成的不同而不同，總體范圍控制在權(quán)利 要求1所述范圍內(nèi)；第四步減壓精餾塔頂上升的蒸汽經(jīng)過冷凝器冷凝，一部分作為光學(xué)異戊醇產(chǎn)品采 出，一部分作為回流液體返回減壓精餾塔中，保證減壓精餾塔的回流比在權(quán)利要求1所 述的范圍內(nèi)；第五步減壓精餾塔底下降的液體一部分作為異戊醇產(chǎn)品采出，一部分經(jīng)過熱虹吸 再沸器加熱，作為回流氣返回減壓精餾塔中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種減壓精餾生產(chǎn)高純度光學(xué)異戊醇的方法，所述方法所述方法利用一減壓精餾塔和一塔頂冷凝器，通過一個真空系統(tǒng)降低待分離的輸入物料的操作壓力，增加光學(xué)異戊醇與異戊醇的相對揮發(fā)度，光學(xué)異戊醇與異戊醇經(jīng)過減壓精餾塔后，在減壓精餾塔的傳熱與傳質(zhì)作用下，分為塔頂?shù)臍庀辔镔|(zhì)和塔底的液相物質(zhì)，在所述減壓精餾塔的底部，設(shè)置一個熱虹吸再沸器，迫使氣相物質(zhì)和液相物質(zhì)兩相回流且逆向多級接觸。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)分離方法存在的分離效率低、工藝復(fù)雜、處理成本高等技術(shù)問題。
文檔編號C07C29/80GK102010292SQ20101050991
公開日2011年4月13日 申請日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月18日
發(fā)明者朱兆友, 楊晶巍, 王英龍 申請人:青島科技大學(xué)