CN110938047B - 一种四氢呋喃-苯-水混合物分离工艺及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种四氢呋喃、苯和水混合物中四氢呋喃和苯的提纯方法。该工艺过程主要包括以下步骤：（1）四氢呋喃、苯和水混合物经过渗透气化膜脱除水分后得到四氢呋喃和苯的混合物；（2）四氢呋喃和苯的混合物进入四氢呋喃回收塔，塔顶得到四氢呋喃成品，塔釜得到含四氢呋喃的苯粗品；（3）苯粗品进入苯回收塔，塔顶得到四氢呋喃和苯的混合物，塔釜得到苯成品。本发明的优点在于使用普通精馏和膜结合的方法实现混合物的分离，能耗低，工艺简单、安全、环保、无污染，可实现清洁生产。

Description

一种四氢呋喃-苯-水混合物分离工艺及装置
技术领域
本发明涉及一种渗透气化膜脱水和精馏结合的方法，特别涉及一种四氢呋喃、苯和水混合物中提纯四氢呋喃和苯的方法。
背景技术
四氢呋喃是一种重要的有机合成原料且是性能优良的溶剂，特别适用于溶解PVC、聚偏氯乙烯和丁苯胺，广泛用作表面涂料、防腐涂料、印刷油墨、磁带和薄膜涂料的溶剂，并用作反应溶剂。苯是重要的化工原料之一，可以用来制备染料、农药、塑料、树脂、合成橡胶、合成纤维、合成洗涤剂、合成药剂、清漆等。
在一些化工、医药、农药中间体的生产过程中，会广泛地采用四氢呋喃、苯作为溶剂，在生产过程中会产生一定量的苯-四氢呋喃-水混合溶液，四氢呋喃、苯和水混合物会形成苯-水、四氢呋喃-水2个二元共沸物、四氢呋喃-苯-水1个三元混合物，要分离得到四氢呋喃和苯比较困难，必须使用特殊精馏。特殊的精馏过程存在着操作复杂、容易引入新的杂质等问题。因此，需要开发一种简便地分离方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种四氢呋喃、苯和水混合物中提纯四氢呋喃和苯的方法，主要采用精馏和渗透汽化膜技术，将传统工艺与新型分离技术结合，采用渗透气化膜脱水技术代替其他脱水技术，能耗低，是一种高效节能环保投资少的分离技术。
一种四氢呋喃-苯-水混合物的分离工艺，包括如下步骤：
第1步，四氢呋喃、苯和水混合物通过渗透气化脱水膜装置脱除水分，得到四氢呋喃和苯混合物；
第2步，第1步得到的四氢呋喃和苯混合物进入第一精馏塔中，塔顶得到四氢呋喃成品，塔釜得到含四氢呋喃的苯粗品；
第3步，第2步中得到的含四氢呋喃的苯粗品进入第二精馏塔中，塔顶得到四氢呋喃和苯的混合物，塔釜得到苯成品。
在一个实施方式中，第1步前需要对四氢呋喃、苯和水混合物进行过热处理，过热的温度达到60-85℃。
在一个实施方式中，渗透汽化过程的温度为体系饱和蒸汽压对应的温度过热10-20℃。
在一个实施方式中，渗透汽化过程采用的是分子筛膜、二氧化硅膜或者PVA膜。
在一个实施方式中，渗透汽化过程的原料侧的压力是100-600kPa。
在一个实施方式中，第一精馏塔的回流比为1~5，操作压力为5~300KPa，塔顶温度65~90℃。
在一个实施方式中，第二精馏塔的回流比为3~10，操作压力为5~300KPa，塔顶温度74~100℃。
一种四氢呋喃-苯-水混合物的分离装置，包括：
膜组件，其中安装有渗透汽化膜，用于对四氢呋喃-苯-水混合物原料进行脱水处理；
以及，依次相连的预热器、蒸发器和过热器；预热器与进料泵相连接，进料泵用于供入四氢呋喃-苯-水混合物；过热器与膜组件的原料进口连接；
膜组件的渗透侧连接有渗透液冷凝器；渗透液冷凝器连接于渗透液罐，渗透液罐用于存储冷凝得到的渗透液；
在渗透液冷凝器上设有真空机组，用于对膜组件的渗透侧抽真空处理；
膜组件的截留侧依次连接于成品冷却器和脱水成品罐；
脱水成品罐连接于四氢呋喃回收塔，四氢呋喃回收塔的塔顶通过冷却器连接于四氢呋喃成品罐；四氢呋喃回收塔的塔底通过冷却器连接于塔釜液罐；
塔釜液罐连接于苯回收塔，苯回收塔的塔顶通过冷却器连接于混合物罐；苯回收塔的塔底通过冷却器连接于苯成品罐。
在一个实施方式中，所述的渗透汽化膜是分子筛膜、二氧化硅膜或者PVA膜。
在一个实施方式中，膜组件是由多个组件串联或并联而成；并且，当组件串联时，上下两级的组件之间还设有补热器，用于对原料进行加热处理。
在一个实施方式中，在四氢呋喃回收塔的塔底还设有再沸器，用于对釜液加热处理。
在一个实施方式中，在四氢呋喃回收塔或者苯回收塔的塔顶还设有冷凝器，用于对塔顶的蒸汽进行冷凝并回流至塔内。
在一个实施方式中，塔釜液罐与苯回收塔之间通过塔进料泵连接 。
在一个实施方式中，脱水成品罐与四氢呋喃回收塔之间通过塔进料泵连接。
有益效果
本发明采用渗透气化膜脱水技术，打破了四氢呋喃、苯和水混合物中的多种共沸体系，可以直接采用常规精馏方法即可实现体系的分离，替代萃取精馏、差压精馏来分水，能耗低，简化回收工艺。
本发明的工艺中，渗透汽化过程的目的是使三元混合体系中的水被脱除，打破已经存在的多种共沸组成，为后续的精馏分离做准备；第一段的精馏的目的是优先将四氢呋喃作为轻组分成功分离出来，作为纯度较高的组分，并得到含有四氢呋喃的苯粗品；第二段的精馏的目的是将第一段精馏塔釜液再次精馏，采用的工艺条件下可以从塔底得到纯度较高的苯，而轻组合中同时含有苯和四氢呋喃，这一部分轻组分可以再次返回前面的工序再次精馏回用。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
在一个典型的实施方式中，四氢呋喃、苯和水混合物中提纯四氢呋喃和苯的方法包括以下步骤：
（1）四氢呋喃、苯和水混合物通过渗透气化脱水膜装置脱除水分后得到高纯度的四氢呋喃和苯混合物；
（2）对第（1）步得到的四氢呋喃和苯混合物进入四氢呋喃回收塔，塔顶得到四氢呋喃成品，塔釜得到含四氢呋喃的苯粗品；
（3）对第（2）步的苯粗品进入苯回收塔，塔顶得到四氢呋喃和苯的混合物，塔釜得到苯成品。
上述工艺中，先用渗透气化膜技术进行脱水，再用2个精馏塔进行四氢呋喃和苯的分离。
上述工艺中，渗透气化脱水膜装置由预热器、蒸发器、过热器、膜组件、渗透液冷凝器、真空泵、输送泵等组成，膜组件根据不同工艺进行串联或并联，进料操作压力为100-600kPa，操作温度为体系饱和蒸汽压对应的温度过热10-20℃。
上述工艺中，渗透气化脱水膜有无机膜和有机膜，主要为分子筛膜、二氧化硅膜、PVA膜。
上述工艺中，第（2）步中精馏塔塔顶得到四氢呋喃产品，回流比为1~5，操作压力为5~300KPa，塔顶温度65~90℃。
上述工艺中，第（3）步中苯回收塔的进料来自第（2）步中四氢呋喃精馏塔的塔釜液。
上述工艺中，第（3）步中苯回收塔塔釜得到苯成品，回流比为3~10，操作压力为5~300KPa，塔顶温度74~100℃。
以下实施例当中，所采用的四氢呋喃-苯-水混合物中三者的质量比分别为：79%、14%、7%。
实施例1
采用的工艺如图1所示，料液通过膜进料泵进入预热器后温度到75℃，蒸发器顶部温度为110℃，并通过过热器过热到120℃，达到一定温度后以过热蒸汽的形式进入NaA分子筛膜分离机组，膜分离机组由6个10m2膜组件串联构成，操作压力为0.3MPa。原料中的水分和少量有机物经膜组件由膜上游侧渗透至膜下游侧，膜上游侧最后一级得到含水为0.1wt.%的四氢呋喃和苯混合物，经预热器和成品冷却器收集在脱水成品罐内。膜下游侧采用抽真空加冷凝的方式以形成膜上下游两侧组分的蒸汽分压差。渗透液蒸汽在真空机组抽吸下进入渗透液冷凝器，冷凝后的渗透液通过渗透液泵排出。
脱水成品罐的四氢呋喃和苯混合物当中，其组成为四氢呋喃：苯：水约为85.0：14.9：0.1，由塔进料泵进入四氢呋喃回收塔中部，理论塔板数为40。四氢呋喃回收塔常压连续操作，再沸器对料液进行加热汽化。操作压力为表压1KPa，精馏塔塔顶温度66℃，回流比为2。经全回流稳定操作后，塔顶采出苯含量≤0.2wt.%的四氢呋喃成品蒸汽，经冷凝器与冷却器后部分回流至塔顶部，部分采出至四氢呋喃成品罐中。塔底含有~15wt.%四氢呋喃的苯粗品由经冷却器后进入塔釜液罐。
塔釜液罐的苯粗品，由苯回收塔进料泵输送进入苯回收塔中部。苯回收塔常压连续操作，再沸器对料液进行加热汽化。操作压力为表压2KPa，精馏塔塔顶温度75℃，回流比为6。经全回流稳定操作后，苯回收塔塔顶采出苯含量~50wt.%的四氢呋喃/苯蒸汽，经苯回收冷凝器与冷却器冷凝后，部分回流至苯回收塔顶部，部分采出至混和物罐中。苯回收塔塔底得到苯含量≥99.5%的苯成品，经冷却后去苯成品罐中。
实施例2
采用的工艺如图1所示，料液通过膜进料泵进入预热器后温度到75℃，蒸发器顶部温度为100℃，并通过过热器过热到110℃，达到一定温度后以过热蒸汽的形式进入NaA分子筛膜分离机组，膜分离机组由4个10m2膜组件串联构成，操作压力为0.2MPa。原料中的水分和少量有机物经膜组件由膜上游侧渗透至膜下游侧，膜上游侧最后一级得到含水为0.15wt.%的四氢呋喃和苯混合物，经预热器和成品冷却器收集在脱水成品罐内。膜下游侧采用抽真空加冷凝的方式以形成膜上下游两侧组分的蒸汽分压差。渗透液蒸汽在真空机组抽吸下进入渗透液冷凝器，冷凝后的渗透液通过渗透液泵排出。
脱水成品罐的四氢呋喃和苯混合物当中，其组成为四氢呋喃：苯：水约为84.96：14.89：0.15，由塔进料泵进入四氢呋喃回收塔中部，理论塔板数为40。四氢呋喃回收塔常压连续操作，再沸器对料液进行加热汽化。操作压力为表压20KPa，精馏塔塔顶温度70℃，回流比为3。经全回流稳定操作后，塔顶采出苯含量≤0.2wt.%的四氢呋喃成品蒸汽，经冷凝器与冷却器后部分回流至塔顶部，部分采出至四氢呋喃成品罐中。塔底含有~15 wt.%四氢呋喃的苯粗品由经冷却器后进入塔釜液罐。
塔釜液罐的苯粗品，由苯回收塔进料泵输送进入苯回收塔中部。苯回收塔常压连续操作，再沸器对料液进行加热汽化。操作压力为表压1KPa，精馏塔塔顶温度70℃，回流比为10。经全回流稳定操作后，苯回收塔塔顶采出苯含量~50wt.%的四氢呋喃/苯蒸汽，经苯回收冷凝器与冷却器冷凝后，部分回流至苯回收塔顶部，部分采出至混和物罐中。苯回收塔塔底得到苯含量≥99.8%的苯成品，经冷却后去苯成品罐中。
对比实验
如果不采用上述的渗透汽化分离脱水，而直接将四氢呋喃-苯-水混合物直接精馏时，如采用实施例1中的精馏操作过程，由于存在着苯-水、四氢呋喃-水2个二元共沸物、四氢呋喃-苯-水1个三元共沸物，只能从塔顶得到的物料含有四氢呋喃77.7%、苯15.2%、水7.1%混合物，无法达到分离目标。

Claims (1)

1.一种四氢呋喃-苯-水混合物的分离工艺，其特征在于，包括如下步骤：
第1步，四氢呋喃、苯和水混合物通过渗透汽化脱水膜装置脱除水分，得到四氢呋喃和苯混合物；
第2步，第1步得到的四氢呋喃和苯混合物进入第一精馏塔中，塔顶得到四氢呋喃成品，塔釜得到含四氢呋喃的苯粗品；
第3步，第2步中得到的含四氢呋喃的苯粗品进入第二精馏塔中，塔顶得到四氢呋喃和苯的混合物，塔釜得到苯成品；
第1步前需要对四氢呋喃、苯和水混合物进行过热处理，过热的温度达到60-85℃；渗透汽化过程的温度为体系饱和蒸汽压对应的温度过热10-20℃；
渗透汽化过程的原料侧的压力是100-600kPa；渗透汽化过程采用的是NaA分子筛膜；
第一精馏塔的回流比为1~5，操作压力为5~300KPa，塔顶温度65~90℃；
第二精馏塔的回流比为3~10，操作压力为5~300KPa，塔顶温度74~100℃。
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