阅读说明：本技术 一种反应精馏联合萃取精馏分离四氢呋喃-乙醇-水三元共沸体系的方法 (Method for separating tetrahydrofuran-ethanol-water ternary azeotropic system by reactive distillation and extractive distillation ) 是由 申威峰 杨傲 于 2019-10-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种反应精馏联合萃取精馏分离三元共沸体系四氢呋喃、乙醇和水的方法,采用环氧乙烷为反应物与三元共沸混合物中的水在反应精馏塔C1内进行反应生成副产物乙二醇,剩余的四氢呋喃和乙醇二元共沸体系采用DMSO为萃取剂在萃取精馏塔C2内发生萃取作用,在塔顶得到高纯度的四氢呋喃产品,塔底为乙醇和DMSO混合液送入溶剂回收塔C3的中部,在溶剂回收塔的顶部得到高纯度的乙醇产品,塔釜得到高纯度的萃取剂DMSO经过冷凝器冷却后与补加的萃取剂DMSO混合后送入萃取精馏塔的上部循环使用,减小萃取剂的用量。本发明通过反应精馏联合萃取精馏的方法解决了四氢呋喃、乙醇和水三元多共沸体系的分离难题,从而有效的解决传统变压精馏能耗高和CO<Sub>2</Sub>排放大等缺点。(The invention discloses a method for separating tetrahydrofuran, ethanol and water of a ternary azeotropic system by combining reactive distillation and extractive distillation, which comprises the steps of adopting ethylene oxide as a reactant and water in a ternary azeotropic mixture to react in a reactive distillation tower C1 to generate a byproduct of ethylene glycol, adopting DMSO as an extractant in a residual tetrahydrofuran and ethanol binary azeotropic system to perform extraction in an extractive distillation tower C2, obtaining a high-purity tetrahydrofuran product at the top of the tower, sending a mixed solution of ethanol and DMSO at the bottom of the tower into the middle part of a solvent recovery tower C3, obtaining a high-purity ethanol product at the top of the solvent recovery tower, obtaining a high-purity extractant DMSO at the bottom of the tower, cooling the high-purity extractant DMSO by a condenser, mixing the high-purity extractant DMSO with a supplemented extractant DMSO, and sending the mixture into the upper part of the extractive distillation tower for recycling, and reducing the dosage. The invention is realized byThe method of rectification combined with extractive rectification solves the separation problem of the ternary multi-azeotropic system of tetrahydrofuran, ethanol and water, thereby effectively solving the problems of high energy consumption and CO consumption of the traditional pressure swing rectification 2 Row enlargement and the like.)

一种反应精馏联合萃取精馏分离四氢呋喃-乙醇-水三元共沸 体系的方法

技术领域

本发明涉及一种反应精馏联合萃取精馏分离四氢呋喃-乙醇-水三元共沸体系的方法，属于精馏提纯领域。

背景技术

四氢呋喃和乙醇均为重要的化工原料。四氢呋喃是一种无色、可与水混溶、在常温常压下有较小粘稠度的有机液体。这种环状醚的化学式可写作(CH₂)₄O。由于它的液态范围很长，所以是一种常用的中等极性非质子性溶剂。它的主要用途是作高分子聚合物的前体。尽管四氢呋喃的气味和化学性质与***很相似，但是麻醉效果却很差。乙醇在常温常压下是一种易燃、易挥发的无色透明液体，低毒性，纯液体不可直接饮用；具有特殊香味，并略带刺激；微甘，并伴有刺激的辛辣滋味。易燃，其蒸气能与空气形成***性混合物，能与水以任意比互溶。能与氯仿、***、甲醇、丙酮和其他多数有机溶剂混溶，相对密度0.816。乙醇的用途很广，可用乙醇制造醋酸、饮料、香精、染料、燃料等。医疗上也常用体积分数为70％～75％的乙醇作消毒剂等，在国防化工、医疗卫生、食品工业、工农业生产中都有广泛的用途。

实际化工和制药工业生产过程中往往会形成四氢呋喃、乙醇和水的混合溶液。为了减少生产成本和环境污染，需要对其进行回收再利用。常压下，四氢呋喃、乙醇和水能形成多个共沸，采用普通精馏无法将其分离且分离难度大。并且采用传统精馏能耗高，能量利用率低，二氧化碳排放量大，因此必须采用特殊精馏。如何分离四氢呋喃、乙醇和水混合溶液成为亟需解决的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种能耗低、产品纯度和高环保的反应精馏联合萃取精馏分离四氢呋喃-乙醇-水三元共沸体系的方法。

为了实现上述第一目的，本发明的技术方案为：一种反应精馏联合萃取精馏分离四氢呋喃-乙醇-水三元共沸体系的方法，其特征在于：三元混合物中的水组分首先通过加入环氧乙烷与水在反应精馏塔C1内进行反应脱除水，反应后生成的副产品乙二醇在反应精馏塔C1的底部采出，塔顶的四氢呋喃和乙醇蒸汽进入四氢呋喃和乙醇冷凝器冷凝后进入四氢呋喃和乙醇回流罐，一部分回流至反应精馏塔C1内的上部，另一部分直接采出；

以二甲基亚砜为萃取剂，待分离四氢呋喃和乙醇混合液从反应精馏塔C1的上部采出进入到萃取精馏塔C2的中下部，与从上部萃取剂进口进入的萃取剂逆流接触发生萃取作用；

四氢呋喃从萃取精馏塔C2的顶部采出，经四氢呋喃冷凝器冷凝后进入四氢呋喃回流罐，部分四氢呋喃从萃取精馏塔C2的上部回流到萃取精馏塔C2内形成气液传质和传热，另一部分采出；

从萃取精馏塔C2的底部液体采出口采出的乙醇和二甲基亚砜混合液进入溶剂回收塔C3的中部，乙醇和二甲基亚砜在溶剂回收塔C3进行分离提纯，乙醇蒸汽进入乙醇冷凝器冷凝后进入乙醇回流罐，一部分乙醇回流至溶剂回收塔C3的上部形成气液传质和传热，另一部分采出；

本发明利用环氧乙烷和水的高效反应来脱除三元共沸混合物内的水组分，再利用萃取剂二甲基亚砜(DMSO)对于四氢呋喃和水的不同分子作用力，加入一定量的DMSO可以打破共沸的这一特点，采用反应精馏联合萃取精馏来实现复杂三元共沸体系的分离提纯。本方法可以有效的减小热负荷，保证了产品质量，降低了生产成本和CO2的排放。分离后四氢呋喃的产品纯度大于99.5％，乙醇的纯度大于99.5％、副产品的乙二醇纯度大于99.9％，循环萃取剂DMSO的纯度大于99.99％。

上述方案中：反应物与四氢呋喃、乙醇和水混合液的进料摩尔比为1.1-1；萃取剂与四氢呋喃、乙醇和水混合液的进料摩尔比为1.1-1。

作为上述方案的一种优选：所述反应精馏塔C1的理论塔板数为27块，反应物进口位于4-6块塔板处，四氢呋喃、乙醇和水混合液进口位于8-12块塔板处，反应段的上部位于2-3块塔板处，反应段的下部位于14-16块塔板处，塔顶温度67-68℃，塔底温度201-202℃，操作压力为常压。所述萃取精馏塔C2的理论板为28块，四氢呋喃和乙醇混合液进口位于13-15块塔板处，萃取剂进口位于3-5块塔板处，塔顶温度为65-66℃，塔釜温度为125-126℃。所述溶剂回收塔C3的理论板为25块，乙醇和DMSO混合液的进口位于8-12块塔板处，塔顶温度为77-79℃，塔釜温度为196-197℃。

上述方案中：所述四氢呋喃、乙醇和水混合液的进料温度为40-60℃；所述反应物环氧乙烷的进料温度为30-35℃。

上述方案中：所述萃取剂的进料流量为60-70kmol/h。

上述方案中：所述反应精馏塔C1的反应物进料流量为30-50kmol/h；四氢呋喃、乙醇和水的混合液进料流量为90-110kmol/h。

上述方案中：所述精馏塔C1、C2和C3的操作压力为常压。

反应精馏塔C1的回流比为0.7-1.2，萃取精馏塔C2的回流比为0.2-0.8，溶剂回收塔C3的回流比为0.1-0.5。

有益效果

与现有技术相比，本发明主要有以下增益效果：

(1)本发明的分离方法操作合理，实用性强，极具行业推广性。本发明所涉及到的反应精馏塔和萃取精馏塔，可以有效的减小分离难度，得到的产品纯度高。

(2)降低了分离过程的能耗。本发明所涉及到的反应精馏联合萃取精馏装置与三塔变压精馏相比，能耗费用能降低了60％-80％。

(3)本发明所涉及的工艺可以有效的减小CO₂的排放量，从而实现可持续绿色发展的理念。

附图说明

图1是本发明工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明。

如图1所示

反应精馏塔C1从上到下依次为精馏段、反应段和汽提段，反应精馏塔C1的理论板数为27块，反应物进口a位于4-6块塔板处，混合液进口b位于8-12块塔板处，反应段上部c位于2-3块塔板处，反应段下部d位于14-16块塔板处；反应精馏塔C1顶部采出的四氢呋喃和乙醇混合液送至萃取精馏塔C2的中下部，四氢呋喃和乙醇混合液进口f位于12-16块塔板处，萃取剂进口e位于3-5块塔板处；萃取精馏塔C2底部采出的乙醇和DMSO混合液送至溶剂回收塔C3的中部，乙醇和DMSO混合液的进口g位于8-12块塔板处。

实施例1

某化工制药企业的混合溶液，待分离后混合溶液的组成为：30％的四氢呋喃、30％的乙醇，和40％的水。

反应精馏塔C1的操作参数为：操作压力为常压，理论板数为27块，反应物进口a位于第5块塔板处，四氢呋喃、乙醇和水混合液进口b位于第10块塔板处，反应段上部c位于第2块塔板处，反应段下部d位于第15块塔板处，回流比为0.821，反应段c-d之间的塔板持液量为0.09m³，塔顶温度为67.7℃，塔釜温度为201.4℃，四氢呋喃、乙醇和水混合液温度为50℃，流量为100kmol/h，压力为1.2bar(绝压)，反应物环氧乙烷温度为35℃，流量为34kmol/h。

四氢呋喃和乙醇从反应精馏塔C1的顶部采出，经冷凝器1冷凝后进入回流罐2，部分四氢呋喃和乙醇从反应精馏塔C1的上部进行回流，另一部分采出。

萃取精馏塔C2操作参数为：操作压力为常压，理论板数为28块，四氢呋喃和乙醇混合液进口f位于第14块塔板，萃取剂进口e位于第4块塔板，回流比为0.441，萃取剂进料维度为50℃，流量为66.6mol/h，塔顶温度为65.6℃，塔釜温度为125.0℃。

乙醇和DMSO混合液从萃取精馏塔C2的塔底采出，四氢呋喃从萃取精馏塔C2的顶部采出，经冷凝器3冷凝后进入回流罐4，部分四氢呋喃从萃取精馏塔C2的上部进行回流，另一部分作为产品采出。

溶剂回收塔C3操作参数为：操作压力为常压，理论板数为25块，乙醇和DMSO混合液进口g位于第10块塔板处，回流比为0.228，塔顶温度为77.9℃，塔釜温度为196.4℃。

乙醇从溶剂回收塔C3的塔顶采出，经过冷凝器5冷凝后进入回流罐6，部分乙醇从溶剂回收塔C3的上部进行回流，另一部分作为产品采出。

从反应精馏塔C1下部采出副产品乙二醇饱和液体流入再沸器7，经过再沸器7加热后，一部分回流到反应精馏塔C1的塔底，另外一部分作为产品采出。

从萃取精馏塔C2下部采出的乙醇和DMSO混合液的饱和液体流入再沸器8，经过再沸器8加热后，一部分回流到萃取精馏塔C2的塔底，另一部分送至溶剂回收塔C3的中部。

从溶剂回收塔C3下部采出的DMSO饱和液体流入再沸器9，经过再沸器9加热后，一部分回流到溶剂回收塔C3的塔底，另一部分送至冷凝器10冷凝后与补加的萃取剂DMSO混合后送至萃取精馏塔C2的上部。

分离后得到乙二醇的产品纯度大于99.9％，四氢呋喃的纯度大于99.5％、乙醇的纯度大于99.5％，DMSO的纯度大于99.99％。

实施例2

其他与实施例1相同，不同的是：

某石油化工企业的混合溶液，待分离混合溶液的组成为：35％的四氢呋喃、35％的乙醇和30％的水。

四氢呋喃、乙醇和水混合溶液温度为50℃，流量100kmol/h，压力为1.2bar(绝压)，反应物的温度为30℃，流量为30kmol/h，萃取剂DMSO的温度为50℃，流量为72kmol/h。

反应精馏塔C1操作参数为：理论板数为30块，反应物进口a位于第7块塔板处，混合液的进口b位于第17块塔板处，反应段上部c位于第3块塔板处，反应段下部d位于第15块塔板处，回流比为0.905，反应段c-d之间的塔板持液量为0.10m³，塔顶温度为67.9℃，塔釜温度为201.2℃，反应物环氧乙烷温度为30℃，流量为30kmol/h。

萃取精馏塔C2操作参数为：理论塔板数为30块，四氢呋喃和乙醇混合液进口f位于第18块塔板，萃取剂进口e位于第5块塔板，回流比为0.589，塔顶温度为73.2℃，萃取精馏塔C1塔底温度为147.1℃。

溶剂回收塔C3操作参数为：理论塔板数为24块，乙醇和DMSO进口g位于第8块塔板处，回流比为0.368，塔顶温度为78.0℃，塔釜温度为196.5℃。

实施例3：

其他与实施例1相同，不同的是：

某石油化工企业的混合溶液，待分离混合溶液的组成为：25％的四氢呋喃、25％的乙醇和50％的水。

四氢呋喃、乙醇和水混合溶液温度为50℃，流量100kmol/h，压力为1.2bar(绝压)，反应物的进口温度为33℃，流量为50kmol/h，萃取剂DMSO的进料温度为50℃，流量为50kmol/h。

反应精馏塔C1操作参数为：理论板数为26块，反应物进口a位于第4块塔板处，混合液的进口b位于第16块塔板处，反应段上部c位于第4块塔板处，反应段下部d位于第18块塔板处，回流比为1.105，反应段c-d之间的塔板持液量为0.12m³，塔顶温度为68.0℃，塔釜温度为201.5℃，反应物环氧乙烷温度为33℃，流量为50kmol/h。

萃取精馏塔C2操作参数为：理论塔板数为27块，四氢呋喃和乙醇混合液进口f位于第15块塔板，萃取剂进口e位于第3块塔板，回流比为0.612，塔顶温度为73.3℃，萃取精馏塔C1塔底温度为147.5℃。

溶剂回收塔C3操作参数为：理论塔板数为27块，乙醇和DMSO进口g位于第9块塔板处，回流比为0.405，塔顶温度为78.1℃，塔釜温度为196.6℃。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。