一种热集成萃取精馏分离异丙醇、1,4-二氧六环与水的混合物的方法

1.本发明属于精馏技术领域，涉及一种热集成萃取精馏分离异丙醇、1,4-二氧六环与水的混合物的方法。


背景技术：

2.异丙醇，1,4-二氧六环和水是日常生活中常见的化学溶剂。异丙醇是一种良好溶剂和化工原料，用于涂料、医药、农药、化妆品等工业，也用于生产丙酮、异丙酯、异丙胺、二异丙醚、乙酸异丙酯和麝香草酚等。其是石油化工发展史上从石油原料制得的第一个化工产品。1,4-二氧六环为一种优良的有机溶剂，用途广泛，可用作纤维素乙酸酯和许多树脂的溶剂，主要用于医药行业作萃取剂。异丙醇和1,4-二氧六环都可溶于水，在化工、制药生产过程中，易产生含异丙醇-1,4-二氧六环的工业废液，常压下，由于异丙醇与水、1,4-二氧六环与水能形成共沸物，这增加了分离难度。
3.萃取精馏是现如今化工行业应用最广泛的精馏手段之一，通过向原料液中加入第三组分(称为萃取剂或溶剂)，以改变原有组分间的相对挥发度而得以分离，已经实现工业化。但由于其能耗大，精馏过程中需要大量蒸汽，降低能源使用量刻不容缓。在传统的精馏塔中，引入精馏塔再沸器的能量通过冷凝器排出，大部分能量损失在诸如塔的压降以及通过换热器的温差上，只有部分能量用来减少产品的熵。与其将塔排出的全部热量排入大气，还不如提高能量的等级来加以利用，以减少或消除再沸蒸汽的使用量，从而起到节能的效果。
4.本发明采用热集成萃取精馏装置实现异丙醇，1,4-二氧六环和水混合物的分离，解决了传统萃取精馏能耗大的缺点。选择二甲基亚砜作为萃取剂，利用二甲基亚砜能提高异丙醇和水，1,4-二氧六环和水共沸混合物的相对挥发度的特性，使异丙醇和1,4-二氧六环从混合物中分离出来。分离后的异丙醇，1,4-二氧六环和水纯度均能达到99.9％，且萃取剂二甲基亚砜可以循环使用。该分离装置简单易操作，分离纯度高，保护环境，节约资源。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种二甲基亚砜热集成萃取精馏分离异丙醇、1,4-二氧六环与水的混合物的装置。
6.本发明的另一个目的是提供使用所述装置进行热集成萃取精馏分离异丙醇、1,4-二氧六环与水的混合物的方法。
7.本发明的又一个目的是提供二甲基亚砜在热集成萃取精馏分离异丙醇-1,4-二氧六环-水混合物中作为萃取剂的用途。
8.本发明目的是通过下述技术方案实现的：
9.一种热集成萃取精馏分离异丙醇、1,4-二氧六环与水的混合物的方法，实现该方法的装置主要包括以下部分：萃取精馏塔edc、精馏塔cdc、萃取剂回收塔erc、冷凝器c1、冷
凝器c2、再沸器r1、再沸器r2、再沸器r3、冷却器cl1、辅助再沸器ar、预热器h1。
10.萃取精馏塔edc的中部设有异丙醇、1,4-二氧六环与水的混合物进料口，中上部设有萃取剂进料口，顶部设有异丙醇和1,4-二氧六环混合物出料口，edc塔釜设有水和萃取剂的混合物出料口和两个水和萃取剂的混合物回流口。
11.精馏塔cdc的中部设有异丙醇和1,4-二氧六环混合物进料口，顶部设有两个异丙醇出料口，底部设有1,4-二氧六环出料口。
12.萃取剂回收塔erc中部设有水和萃取剂的混合物进料口，底部设有二甲基亚砜出料口，顶部设有水出料口。
13.异丙醇、1,4-二氧六环与水的混合物进料口连接物流管道l1，萃取剂进料口与二甲基亚砜出料口通过物流管道l2连接，物流管道l2连接预热器h1且用于向预热器h1提供热源；异丙醇和1,4-二氧六环混合物出料口与水和萃取剂的混合物进料口通过物流管道l4连接，两个水和萃取剂的混合物回流口分别通过回流管与物流管道l4连通，其中一个回流管上设有辅助再沸器ar，另一个回流管与再沸器r1连接且用于加热回流物；异丙醇和1,4-二氧六环混合物出料口与异丙醇和1,4-二氧六环混合物进料口通过物流管道l3连接，物流管道l3与预热器h1连接且用于加热异丙醇和1,4-二氧六环混合物；其中一个异丙醇出料口与物流管道l6连接，另一个异丙醇出料口连接物流管道l5的进料端，物流管道l5的出料端与物流管道l6连通，物流管道l5上设有所述预热器h1且用于向预热器h1提供热量。
14.该精馏分离方法包括如下步骤：异丙醇、1,4-二氧六环与水的混合物和萃取剂同时输入萃取精馏塔edc，然后经过精馏塔cdc和萃取剂回收塔erc进行分离；异丙醇和1,4-二氧六环混合物从萃取精馏塔edc的塔顶馏出，经过预热器h1预热后进入精馏塔cdc，水和萃取剂的混合物从萃取精馏塔edc的塔釜流出进入萃取剂回收塔erc；在精馏塔cdc中，塔顶采出高纯度异丙醇产品，塔底流出高纯度1,4-二氧六环产品；cdc塔顶采出异丙醇蒸汽给edc底部再沸器r1提供热量，edc底部通过辅助再沸器ar提供剩余的热量，异丙醇蒸汽换热后变成饱和液体回到cdc塔顶，一部分回流，一部分作为产品流出；在萃取剂回收塔erc中，水作为副产物从塔顶馏出，高纯度的萃取剂二甲基亚砜从塔釜流出，erc塔釜的萃取剂流与预热器h1进行换热后再降温进入萃取精馏塔edc循环使用。
15.本发明实施精馏分离方法的装置包括通过萃取剂将异丙醇和1,4-二氧六环从水中分离的萃取精馏塔edc，用于将异丙醇和1,4-二氧六环高效分离的精馏塔cdc，以及将水与萃取剂高效分离的回收塔erc。基于该装置协同精馏分离方法中各塔进料位置、理论塔板数、回流比及塔内温度、压力的控制，最终获得高纯异丙醇、1,4-二氧六环、水及萃取剂单物质。同时本发明工艺流程中引入热集成技术，将cdc塔顶的蒸汽作为工作介质，为edc塔釜提供热源进行供热。使得塔釜再沸器所需外部热源减少，也降低了塔顶冷凝器的冷凝负荷，同时将各个流股的潜热和显热通过热集成充分利用，尽可能的减少能耗。
16.具体的精馏工艺步骤为：
17.(1)将含有异丙醇-1,4-二氧六环-水混合物从萃取精馏塔edc中部的异丙醇、1,4-二氧六环与水的混合物进料口输入，同时萃取剂二甲基亚砜从萃取剂进料口输入，经过充分接触有效分离后，含有高纯度的异丙醇和1,4-二氧六环混合物从塔顶异丙醇和1,4-二氧六环混合物出料口馏出，而水和萃取剂的混合物从edc塔釜水和萃取剂的混合物出料口流出，水和萃取剂混合物从edc塔釜流出后部分进入萃取剂回收塔erc，剩余部分分成两股且
分别经再沸器r1和辅助再沸器ar加热后从塔釜回流至edc。
18.(2)经过预热器h1预热后的异丙醇和1,4-二氧六环混合物从精馏塔cdc的异丙醇和1,4-二氧六环混合物进料口进入，经过充分接触，从cdc塔顶异丙醇出料口馏出高纯度异丙醇蒸汽，异丙醇蒸汽为再沸器r1提供热源，然后作为产品从cdc塔顶馏出，高纯度1,4-二氧六环作为产品从cdc塔釜1,4-二氧六环出料口馏出。
19.(3)水和萃取剂混合物进入萃取剂回收塔erc后，水作为副产物从erc塔顶水出料口采出，塔釜二甲基亚砜高温流股为预热器h1提供热量后冷却至40℃进入erc循环使用。
20.所述萃取精馏塔edc的塔压为0.3～0.4atm，塔顶温度56～58℃，塔底温度为99～101℃，理论塔板数40～55块塔板，回流比1.4～1.5，异丙醇、1,4-二氧六环与水的混合物进料口为第28～31块塔板，萃取剂进料口位置为第4块塔板。
21.所述精馏塔cdc的塔压为5～7atm，塔顶温度129～142℃，塔底温度为160～182℃，理论塔板数50～70块塔板，回流比2.3～2.8，异丙醇和1,4-二氧六环混合物进料口位置为第32～58块塔板。
22.所述萃取剂回收塔erc的塔压为0.2～0.3atm，塔顶温度58～61℃，塔底温度为140～145℃，理论塔板数14～16块塔板，回流比0.1～0.2，水和萃取剂的混合物进料口位置为第5～7块塔板。
23.所述萃取剂总量与异丙醇、1,4-二氧六环与水的混合物的摩尔比为0.4-0.7。
24.为了更好保证产品纯度稳定性，还进行如下优选：
25.萃取剂总量与异丙醇、1,4-二氧六环与水的混合物的摩尔比为0.45～0.55:1；
[0026][0027]
萃取精馏塔edc的理论塔板数46～52块塔板；
[0028]
cdc塔底温度166.1℃～182℃，理论塔板数55～66块塔板；
[0029]
edc来的混合物经过预热器h1预热至135℃。
[0030]
与现有技术相比，本发明具备有益效果如下：
[0031]
(1)采用该方法分离异丙醇、1,4-二氧六环与水的混合物，得到的异丙醇、1,4-二氧六环、水的纯度均能达到99.9％左右，解决了异丙醇、1,4-二氧六环与水的混合物难以分离的问题，避免了废水直接向环境排放，并且减少化学试剂的浪费，本发明回收的萃取剂纯度可达99.99％。
[0032]
(2)本发明先将异丙醇-1,4-二氧六环-水混合物在萃取精馏塔中实现初步分离，利用二甲基亚砜可以增加异丙醇和水，1,4-二氧六环和水的相对挥发度，先将异丙醇和1,4-二氧六环从水中分离出来。随后利用异丙醇和1,4-二氧六环在高压下更易分离的特点，将异丙醇和1,4-二氧六环在高压的常规萃取塔中分离，其操作合理，实用性强，极具行业推广性，此外，萃取剂易于回收利用，降低了分离成本。
[0033]
(3)本发明中，与传统的两个萃取精馏塔分离三元混合物相比，本文只使用了一个萃取精馏塔，降低萃取剂的使用量，且精馏塔的能耗少于萃取精馏塔，降低流程能耗；其次，本发明中还采用了热集成技术进行辅助，大大减少了再沸蒸汽的使用量，进一步降低了能耗。
附图说明
[0034]
图1为本发明一种用于分离异丙醇-1,4-二氧六环-水混合物的萃取精馏工艺流程图。
[0035]
图中标记：1-萃取精馏塔edc，2-精馏塔cdc，3-萃取剂回收塔erc，4-冷凝器c1，5-再沸器r1，6-辅助再沸器ar，7-预热器h1，8-再沸器r2，9-冷凝器c2，10-再沸器r3，11-冷却器cl1。101-物流管道l1,102-物流管道l2，103-物流管道l3，104-物流管道l4，105-物流管道l5，106-物流管道l6，107-物流管道l7，108-物流管道l8，109-物流管道l9，110-物流管道l10。
具体实施方式
[0036]
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
[0037]
如图1所示，本文用于分离异丙醇-1,4-二氧六环-水混合物的萃取精馏工艺为：异丙醇-1,4-二氧六环-水混合物从物流管道l1进入塔edc，萃取剂从物流管道l2进入塔edc，充分接触反应后，含有高纯度的异丙醇和1,4-二氧六环混合物从物流管道l3经过预热器h1进入塔cdc。而含有水和萃取剂的混合物从物流管道l4进入塔erc。在塔cdc中，异丙醇和1,4-二氧六环在高压下易于分离，塔顶馏出的异丙醇高温蒸汽为edc塔釜再沸器提供热源，剩余的热量由辅助再沸器ar提供。换热后高纯度异丙醇从物流管道l6作为产品流出，塔釜产生高纯度1,4-二氧六环，从物流管道l7作为产品流出。在塔erc中，高纯度水从物流管道l8流出，高纯度二甲基亚砜从物流管道l9与预热器h1进行换热，换热后经过冷却器cl1降温后再通过物流管道l2进入erc，循环使用萃取剂。物流管道l10为萃取剂补充流，用来补充分离过程中损失的少量萃取剂。
[0038]
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。
[0039]
实施例1
[0040]
进料流量为100kmol/h，进料中含有异丙醇20％，1,4-二氧六环15％，水65％，萃取剂与进料摩尔比为0.493。塔edc操作压力为0.3atm，塔顶温度56.7℃，塔底温度99.1℃，理论塔板数46块塔板，回流比为1.45，异丙醇-1,4-二氧六环-水混合物进料位置第30块塔板，萃取剂进料位置第4块塔板，cdc操作压力为5atm,塔顶温度129.5℃，塔底温度166.1℃，理论塔板数66块塔板，回流比为2.40，edc来的混合物经过预热器h1预热至135℃，从第58块塔板进入cdc，塔顶馏出流股流量为20.01kmol/h,异丙醇纯度平均为99.9％，塔底流出流股流量为14.99kmol/h，1,4-二氧六环纯度平均为99.9％，erc操作压力为0.2atm,塔顶温度60.3℃，塔底温度141.2℃，理论塔板数15块塔板，回流比为0.12，edc来的混合物进料位置第6块塔板，塔顶馏出流股流量为65.06kmol/h,水的纯度平均为99.9％，塔底流出流股二甲基亚砜纯度平均为99.99％，经过预热器h1换热后温度至66℃，再冷却至40℃进入erc循环使用。cdc塔顶蒸汽给edc塔釜提供约653.10kw的能量，erc塔底流股与预热器h1进行约154.29kw的换热，共节约能源约807.39kw。
[0041]
实施例2
[0042]
进料流量为100kmol/h，进料中含有异丙醇20％，1,4-二氧六环15％，水65％，萃取
剂与进料摩尔比为0.452。塔edc操作压力为0.3atm,塔顶温度56.7℃，塔底温度99.8℃，理论塔板数50块塔板，回流比为1.41，异丙醇-1,4-二氧六环-水混合物进料位置第28块塔板，萃取剂进料位置第4块塔板，cdc操作压力为6atm,塔顶温度136.0℃，塔底温度174.5℃，理论塔板数60块塔板，回流比为2.34，edc来的混合物经过预热器h1预热至135℃，从第50块塔板进入cdc，塔顶馏出流股流量为20.01kmol/h,异丙醇纯度平均为99.9％，塔底流出流股流量为14.99kmol/h，1,4-二氧六环纯度平均为99.9％，erc操作压力为0.2atm,塔顶温度60.3℃，塔底温度142.2℃，理论塔板数16块塔板，回流比为0.11，edc来的混合物进料位置第7块塔板，塔顶馏出流股流量为65.06kmol/h,水的纯度平均为99.9％，塔底流出流股二甲基亚砜纯度平均为99.99％，经过预热器h1换热后温度至67.2℃，再冷却至40℃进入erc循环使用。cdc塔顶蒸汽给edc塔釜提供约625.47kw的能量，erc塔底流股与预热器h1进行约154.29kw的换热，共节约能源约779.76kw。
[0043]
实施例3
[0044]
进料流量为100kmol/h，进料中含有异丙醇20％，1,4-二氧六环15％，水65％，萃取剂与进料摩尔比为0.543。塔edc操作压力为0.3atm,塔顶温度56.7℃，塔底温度100.1℃，理论塔板数52块塔板，回流比为1.40，异丙醇-1,4-二氧六环-水混合物进料位置第31块塔板，萃取剂进料位置第4块塔板，cdc操作压力为7atm,塔顶温度141.7℃，塔底温度182.0℃，理论塔板数55块塔板，回流比为2.77，edc来的混合物经过预热器h1预热至135℃，从第32块塔板进入cdc，塔顶馏出流股流量为20.01kmol/h,异丙醇纯度平均为99.9％，塔底流出流股流量为19.99kmol/h，1,4-二氧六环纯度平均为99.9％，erc操作压力为0.2atm,塔顶温度60.3℃，塔底温度141.6℃，理论塔板数14块塔板，回流比为0.12，edc来的混合物进料位置第5块塔板，塔顶馏出流股流量为65.06kmol/h,水的纯度平均为99.9％，塔底流出流股二甲基亚砜纯度平均为99.99％，经过预热器h1换热后冷却至66.5℃，再冷却至40℃进入erc循环使用。cdc塔顶蒸汽给edc塔釜提供约686.12kw的能量，erc塔底流股与预热器h1进行约154.29kw的换热，共节约能源约840.41kw。
[0045]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
[0046]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

技术特征：
1.一种用于热集成萃取精馏分离异丙醇、1,4-二氧六环与水的混合物的装置，其特征在于：包括以下部分：萃取精馏塔edc、精馏塔cdc、萃取剂回收塔erc、冷凝器c1、冷凝器c2、再沸器r1、再沸器r2、再沸器r3、冷却器cl1、辅助再沸器ar、预热器h1；萃取精馏塔edc的中部设有异丙醇、1,4-二氧六环与水的混合物进料口，中上部设有萃取剂进料口，顶部设有异丙醇和1,4-二氧六环混合物出料口，edc塔釜设有水和萃取剂的混合物出料口和两个水和萃取剂的混合物回流口；精馏塔cdc的中部设有异丙醇和1,4-二氧六环混合物进料口，顶部设有两个异丙醇出料口，底部设有1,4-二氧六环出料口；萃取剂回收塔erc中部设有水和萃取剂的混合物进料口，底部设有二甲基亚砜出料口，顶部设有水出料口；异丙醇、1,4-二氧六环与水的混合物进料口连接物流管道l1，萃取剂进料口与二甲基亚砜出料口通过物流管道l2连接，物流管道l2连接预热器h1且用于向预热器h1提供热源；异丙醇和1,4-二氧六环混合物出料口与水和萃取剂的混合物进料口通过物流管道l4连接，两个水和萃取剂的混合物回流口分别通过回流管与物流管道l4连通，其中一个回流管上设有辅助再沸器ar，另一个回流管与再沸器r1连接且用于加热回流物；异丙醇和1,4-二氧六环混合物出料口与异丙醇和1,4-二氧六环混合物进料口通过物流管道l3连接，物流管道l3与预热器h1连接且用于加热异丙醇和1,4-二氧六环混合物；其中一个异丙醇出料口与物流管道l6连接，另一个异丙醇出料口连接物流管道l5的进料端，物流管道l5的出料端与物流管道l6连通，物流管道l5上设有所述预热器h1且用于向预热器h1提供热量。2.一种热集成萃取精馏分离异丙醇、1,4-二氧六环与水的混合物的方法，其特征在于：基于权利要求1所述的用于热集成萃取精馏分离异丙醇、1,4-二氧六环与水的混合物的装置进行，包括如下步骤：(1)将含有异丙醇、1,4-二氧六环与水的混合物从萃取精馏塔edc中部的异丙醇、1,4-二氧六环与水的混合物进料口输入，同时萃取剂二甲基亚砜从萃取剂进料口输入，经过充分接触有效分离后，含有高纯度的异丙醇和1,4-二氧六环混合物从塔顶异丙醇和1,4-二氧六环混合物出料口馏出，而水和萃取剂的混合物从edc塔釜水和萃取剂的混合物出料口流出，水和萃取剂混合物从edc塔釜流出后部分进入萃取剂回收塔erc，剩余部分分成两股且分别经再沸器r1和辅助再沸器ar加热后从塔釜回流至edc；(2)经过预热器h1预热后的异丙醇和1,4-二氧六环混合物从精馏塔cdc的异丙醇和1,4-二氧六环混合物进料口进入，经过充分接触，从cdc塔顶异丙醇出料口馏出高纯度异丙醇蒸汽，异丙醇蒸汽为再沸器r1提供热源，然后作为产品从cdc塔顶馏出，高纯度1,4-二氧六环作为产品从cdc塔釜1,4-二氧六环出料口馏出；(3)水和萃取剂混合物进入萃取剂回收塔erc后，水作为副产物从erc塔顶水出料口采出，塔釜二甲基亚砜高温流股为预热器h1提供热量后冷却至40℃进入erc循环使用；所述萃取精馏塔edc的塔压为0.3～0.4atm，塔顶温度56～58℃，塔底温度为99～101℃，理论塔板数40～55块塔板，回流比1.4～1.5，异丙醇、1,4-二氧六环与水的混合物进料口为第28～31块塔板，萃取剂进料口位置为第4块塔板；所述精馏塔cdc的塔压为5～7atm，塔顶温度129～142℃，塔底温度为160～182℃，理论塔板数50～70块塔板，回流比2.3～2.8，异丙醇和1,4-二氧六环混合物进料口位置为第32
～58块塔板；所述萃取剂回收塔erc的塔压为0.2～0.3atm，塔顶温度58～61℃，塔底温度为140～145℃，理论塔板数14～16块塔板，回流比0.1～0.2，水和萃取剂的混合物进料口位置为第5～7块塔板；所述萃取剂总量与异丙醇、1,4-二氧六环与水的混合物的摩尔比为0.4～0.7：1。3.根据权利要求2所述的热集成萃取精馏分离异丙醇、1,4-二氧六环与水的混合物的方法，其特征在于：萃取剂总量与异丙醇、1,4-二氧六环与水的混合物的摩尔比为0.45～0.55:1。4.根据权利要求2所述的热集成萃取精馏分离异丙醇、1,4-二氧六环与水的混合物的方法，其特征在于：萃取精馏塔edc的理论塔板数46～52块塔板。5.根据权利要求2所述的热集成萃取精馏分离异丙醇、1,4-二氧六环与水的混合物的方法，其特征在于：cdc塔底温度166.1℃～182℃，理论塔板数55～66块塔板。

技术总结
本发明属于精馏技术领域，涉及一种热集成萃取精馏分离异丙醇、1,4-二氧六环与水的混合物的方法。本发明实施精馏分离方法的装置包括通过萃取剂将异丙醇和1,4-二氧六环从水中分离的萃取精馏塔EDC，用于将异丙醇和1,4-二氧六环分离的精馏塔CDC，以及将水与萃取剂分离的回收塔ERC。基于该装置协同精馏分离方法中各塔进料位置、理论塔板数、回流比及塔内温度、压力的控制，最终获得高纯异丙醇、1,4-二氧六环、水及萃取剂单物质。本发明工艺中引入热集成技术，以CDC塔顶馏出物为EDC塔釜提供热源，减少外部热源供应，也降低塔顶冷凝器的冷凝负荷，同时将各个流股的潜热和显热通过热集成充分利用，减少能耗。减少能耗。减少能耗。


技术研发人员：叶青 芮青青 王峣 余阿志
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：2023.06.29
技术公布日：2023/10/6