基于混合溶劑作為萃取劑的異丙醇-甲酸丙酯共沸物精餾分離方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于混合溶劑作為萃取劑的異丙醇-甲酸丙酯共沸物精餾分離方法，屬于特殊精餾技術范疇。該工藝的特點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，產品質量更高。
【背景技術】
[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,化學性質與乙醇、丙醇相似，但是有仲醇的特性，能夠溶解生物堿、橡膠、蟲膠、山達月旨、松香、乳香、合成樹脂等多種有機物。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、防霧劑，在醫(yī)藥、農藥、香料、化妝品、有機合成方面有著廣泛的應用。甲酸丙酯(propyl methanoate)，分子式為C4H8O2,常用作有機溶劑，并用于制造香料、熏蒸殺蟲劑和殺菌劑，也用于調配菠蘿蜜、櫻桃、蘋果、檸檬等果香型食用香精以及朗姆酒、白蘭地等酒用香精，在食品藥品行業(yè)具有廣泛的應用。但是由于兩者存在共沸，常規(guī)的方法無法得到高純的兩種物質，從而極大的限制了兩者的應用，因此開發(fā)兩者分離的技術十分必要。本發(fā)明旨在為兩者分離提供一種經濟、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，從上世紀初精餾開始工業(yè)化運用開始，已經有100多年的時間，精餾技術也不斷得以發(fā)展，周邊各種技術也不斷的與精餾進行結合，創(chuàng)新出新的精餾工藝。當經歷過上世紀80年代能源危機，尤其在2008年之后，隨著石油價格不斷攀升，人們開始意識到提高能源利用率、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，也成為各個領域的研究熱點，展示了廣闊的應用潛力和市場前景。近幾年關于離子液體的論文和專利成級數(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，許多跨國集團公司如:德國BASF、德國Merck、美國Shell、比利時Bakert、日本三菱等致力于離子液體應用技術研發(fā)，其中德國BASF制備燒氧基苯基膦的BASIL (biphasic acid scavengingutilising 1nic liquids)脫酸技術極大地提高了效率，引起國際社會廣泛關注。
[0005]尚子液體之所以能夠成為研究熱點，與其自身優(yōu)良的特性分不開:與傳統(tǒng)的有機溶劑和電解質相比，離子液體具有一系列突出優(yōu)點: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，較好的化學穩(wěn)定性及較寬的電化學穩(wěn)定電位窗口 ；③通過陰陽離子的設計可調節(jié)其對無機物、水、有機物及聚合物的溶解性，并且其酸度可調至超酸。
[0006]雖然離子液體具有眾多的優(yōu)點，但是由于目前市場價格昂貴，且萃取劑的用量較大，導致生產成本非常高，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)化應用的成本，且同時兼具兩者的優(yōu)點，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，精餾工藝中可使用傳統(tǒng)有機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)，降低生產成本，同時可以提高產品質量。
[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。萃取精餾在產品純度、能耗方面較共沸精餾具有優(yōu)勢。萃取精餾關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，目前乙二醇價格在4000~7000元/噸，而新型的離子液體萃取劑價格則十分高昂。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格在30000~45000元/噸，而四氟磷酸鈉價格在20000~30000元/噸，六氟磷酸鈉價格更高達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，但是高昂的投資成本讓其工業(yè)化應用十分困難。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。總而言之，如何降低萃取劑損耗和生產成本、提高產品純度是目前精餾工藝亟需解決的問題。

【發(fā)明內容】

[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，能夠有效提高產品純度和萃取效率，降低生產成本及能耗。本發(fā)明采用的離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([Emim] [BF4])、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([Bmim] [PF6])，同屬于烷基咪唑類的離子液體。目前尚未發(fā)現(xiàn)關于異丙醇-甲酸丙酯共沸體系分離的專利、文獻報道或發(fā)表，更未見離子液體在該共沸體系應用的工藝出現(xiàn)，因此本發(fā)明彌補目前技術上的空缺。本發(fā)明最大的優(yōu)點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，以及得到高質量的異丙醇、甲酸丙酯產品，因此本發(fā)明具有極高的推廣價值。
[0010]該工藝技術方案如下:
1)異丙醇-甲酸丙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品純度99.5%以上甲酸丙酯產品，塔底剩余為異丙醇和萃取劑；
3)萃取精餾塔塔底物流進入萃取劑回收塔中部，塔頂?shù)玫郊兌?9.5%以上的異丙醇產品，塔底剩余萃取劑與微量的異丙醇和甲酸丙酯，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料管，作為萃取劑補充。
[0011]萃取精餾塔技術參數(shù):該塔理論塔板數(shù)為35~70 ;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%)，萃取劑與原料的進料為1.3~6:1，進料溫度為30~40°(:，壓力為0.1MPa，原料為異丙醇(36.5wt%)與甲酸丙酯(63.5wt%)的近共沸組成，進料溫度為30~40°C，壓力為0.1MPa ;塔釜控制溫度為102°C，塔頂溫度控制在47°C。萃取進料位置為3~6塊塔板，原料進料位置32~52塊塔板。
[0012]萃取劑回收塔技術參數(shù):理論塔板數(shù)25~40 ;回流比1~6，操作壓力為30KPa ;塔釜溫度控制在160°C，塔頂溫度穩(wěn)定在54°C，進料位置為18~30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—萃取劑進塔流股；FEED—原料進塔流股；①一甲酸丙酯采出流股；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。
【具體實施方式】
[0016]實施例一
基于混合溶劑作為萃取劑的異丙醇-甲酸丙酯共沸物精餾分離方法。萃取劑選用乙二醇(80wt%)和1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([Emim] [BF4]) (20wt%)，用量為1500kg/h ;原料處理量為1000kg/h，原料組成為異丙醇(36.5wt%)與甲酸丙酯(63.5wt%)的近共沸組成。萃取精餾塔塔板數(shù)為60，萃取劑進料位置在第5塊塔板，原料進料位置在45塊塔板?；亓鞅仍O定為2，塔頂采出速度為635kg/h，得到的甲酸丙酯純度為99.7%。萃取劑回收塔塔板數(shù)為30，流股②進料位置為第20塊塔板，回流比為1.5，塔頂采出速度為365kg/h，得到的異丙醇純度為99.6%。塔底萃取劑回流，作為溶劑的補充。
[0017]實施例二
萃取劑選用乙二醇(90wt%)和1- 丁基-3-甲基咪卩坐六氟磷酸鹽([Bmim] [PF6])(10wt%),用量為2500kg/h，萃取精餾塔塔板數(shù)為70，回流比為4，其他條件同實施例一。得到的甲酸丙酯跟異丙醇產品純度均在99.5%以上。
【主權項】
1.基于混合溶劑作為萃取劑的異丙醇-甲酸丙酯共沸物精餾分離方法，其特征在于以下技術參數(shù): 1)萃取精餾塔技術參數(shù):該塔理論塔板數(shù)為35~70;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%)，萃取劑與原料的進料為1.3~6:1，進料溫度為30~40°C，壓力為0.1MPa，原料為異丙醇(36.5wt%)與甲酸丙酯(63.5wt%)的近共沸組成，進料溫度為30~40°C，壓力為0.1MPa ;塔釜控制溫度為102°C，塔頂溫度控制在470C ;萃取進料位置為3~6塊塔板，原料進料位置32~52塊塔板； 2)萃取劑回收塔技術參數(shù):理論塔板數(shù)25~40;回流比1~6，操作壓力為30KPa ;塔釜溫度控制在160°C，塔頂溫度穩(wěn)定在54°C，進料位置為18~30塊塔板； 3)本發(fā)明采用的離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([Emim][BF4]) ,1- 丁基-3-甲基咪卩坐六氟磷酸鹽([Bmim] [PF6])。
【專利摘要】基于混合溶劑作為萃取劑的異丙醇-甲酸丙酯共沸物精餾分離方法，本發(fā)明所述的異丙醇-甲酸丙酯萃取精餾工藝由萃取精餾塔、萃取劑回收塔雙塔構成，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)進入萃取劑回收塔，進料位置為塔中；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、產品純度方面優(yōu)勢巨大，特別適合大規(guī)模的工業(yè)化應用。
【IPC分類】C07C69/06, C07C67/54, C07C29/84, C07C31/10
【公開號】CN105001053
【申請?zhí)枴緾N201510418623
【發(fā)明人】姜占坤, 劉順江, 孫國新, 張啟龍, 馮加亮
【申請人】濟南大學
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年7月17日