共沸萃取精馏与液液分层集成分离钠盐、二甲基甲酰胺、甲苯和水的混合溶液的方法

摘要

一种共沸萃取精馏与液液分层集成分离钠盐、DMF、甲苯和水混合溶液的方法，采用脱盐罐进行预热和脱盐，将共沸精馏与萃取精馏有效集成，在共沸萃取精馏塔中实现多组分分离。原料预热后由脱盐蒸发罐脱盐，脱盐后和环丁砜和邻苯二甲酸二辛酯组成的改性萃取剂加入共沸萃取精馏塔中，控制塔顶、塔底温度进行共沸萃取精馏,塔顶得到甲苯和水混合汽体，塔底得到DMF和改性萃取剂的混合物；甲苯和水混合汽体经冷凝后，分为含量99%以上甲苯层和甲苯含量低于0.08%水层；DMF和改性萃取剂的混合物经溶剂再生循环塔精馏处理，塔顶得到99.9%以上的DMF，溶剂再生循环塔塔底得到改性萃取剂，循环至共沸萃取精馏塔。

说明书

技术领域

本发明涉及一种多元组分分离的集成工艺，具体涉及一种共沸萃取精馏与液液分层集成分离钠盐-二甲基甲酰胺-甲苯-水混合溶液的方法。

背景技术

二甲基甲酰胺（简称:DMF）和甲苯是重要的化工原料和溶剂，广泛应用于制药及农药中间体合成过程中，在制药和农药中间体合成过程中，采用上述溶剂，易形成钠盐、DMF、甲苯及水的混合溶液。目前国内外对于废水中含钠盐、 DMF 和甲苯的回收及处理方法主要有物化法、生化法及化学水解法。采用生化法和化学水解法均会破坏DMF和甲苯结构。生化法处理时间长、降解不彻底，此外，DMF会使微生物中毒，对生物处理造成极大冲击；化学法没有达到回收 DMF和甲苯的目的，易造成二次污染。

对上述混合液如采取有效分离方法，不仅可以回收DMF和甲苯，同时达到处理废水的目的，降低处理过程成本。采用低沸点溶剂如CH₂Cl₂、氯仿、二氯苯、苯、环己酮或苯甲醚等作萃取剂进行液液萃取，可回收DMF ,但萃取后含萃取剂的混合溶剂需要进一步分离，分离后水中含有机溶剂达到1～3%，易造成二次污染。对于高浓度DMF和甲苯（近100 g/L）废水，蒸馏法分离DMF、甲苯与水，回收的 DMF和甲苯可回用于生产，但分离后的废水COD达到40000PPM，过程能耗较高；若废水中 DMF 和甲苯质量浓度低于 50 g/L，此法回收成本将大幅度增加，很不经济。吸附法具有工艺流程短、操作简单、回收效果好等特点，但吸附后的混合有机物需进一步处理，吸附剂再生需高能耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种共沸萃取精馏与液液分层集成分离钠盐、DMF、甲苯和水混合溶液的工艺，与传统工艺相比，本发明具有工艺步骤比较简单，经一次分离，DMF和甲苯的含量、收率较高，分离后水的COD低于800PPM；所用萃取剂便于再生和循环利用，分离过程能耗低。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种共沸萃取精馏与液液分层集成分离钠盐-DMF-甲苯-水混合溶液的方法，包括以下步骤：

1）原料钠盐、DMF、甲苯及水混合溶液预热后，再由脱盐蒸发罐脱盐，脱盐后的混合溶液从共沸萃取精馏塔的中下部加入共沸萃取精馏塔中，改性萃取剂由共沸萃取精馏塔的中上部加入共沸萃取精馏塔中，所述的改性萃取溶剂为环丁砜和邻苯二甲酸二辛酯的混合溶剂；控制塔顶、塔底温度，混合溶液在共沸萃取精馏塔经共沸萃取精馏,塔顶得到甲苯和水混合汽体，塔底得到DMF和改性萃取剂的混合物；

2）甲苯和水混合汽体经冷凝后，分为甲苯层和水层，甲苯层含99%以上（质量含量，以下含量均为质量含量）的甲苯，水层甲苯含量低于0.08%；甲苯部分回流至共沸萃取精馏塔；

3）DMF和改性萃取剂的混合物经溶剂再生循环塔精馏处理，溶剂再生循环塔塔顶得到99.9%的DMF，溶剂再生循环塔塔底得到改性萃取剂，循环至共沸萃取精馏塔。

本发明方法建立了一种共沸萃取精馏方法，将传统共沸精馏和萃取精馏有效集成在同一装置中，在同一共沸萃取精馏塔上实现DMF、甲苯和水的分离，简化了生产工艺流程。

所述的方法中，共沸萃取精馏塔的塔顶和塔底的温度分别为83.8～84.5℃和95.7～97.5℃。

所述的方法中，原料与改性萃取剂的质量比为1：0.4～1.0。

所述的方法中，所述的改性萃取溶剂为含15～20%邻苯二甲酸二辛酯的环丁砜溶液。

所述的方法中，混合溶液与共沸萃取精馏塔塔顶蒸汽进行热交换进行预热。

本发明的共沸萃取精馏与液液分层集成分离钠盐、DMF、甲苯和水混合溶液的方法，具体步骤如下：钠盐、DMF、甲苯及水混合溶液①经共沸萃取精馏塔塔顶蒸汽预热，再由脱盐蒸发罐脱盐后，由共沸萃取精馏塔的中下部加入共沸萃取精馏塔中，共沸萃取精馏塔塔顶、塔底温度分别为83.8～84.5℃和95.7～97.5℃，改性萃取剂⑥（在环丁砜中添加15-20wt%邻苯二甲酸二辛酯）在共沸萃取精馏塔的中上部位进料，共沸精馏和萃取精馏后,共沸萃取精馏塔塔顶③为甲苯和水的混合汽体，经原料冷凝（与进料混合溶液①热交换）和低温冷凝后，液体温度≤20℃（原料冷凝有效利用共沸萃取精馏塔塔顶汽体的热量，低温冷凝保证塔顶汽体冷凝为液体），分为甲苯层④和水层⑤，甲苯层④为99.5%以上甲苯，水层⑤为99.9%以上的水（甲苯低于0.08%）；共沸萃取精馏塔塔底⑧为改性萃取剂和DMF的混合液，混合液⑧经溶剂再生循环塔精馏处理，溶剂再生循环塔顶馏出馏分⑦为99.9%以上的DMF溶液，塔底出料为改性萃取剂循环至共沸萃取精馏塔，循环使用。

所述分离过程优选的工艺条件如下：分离过程中各塔釜、塔顶温度控制、回流比、进料位置及塔板数见表1所示。

表1分离过程工艺条件

                                                 

本发明采用共沸萃取精馏与液液分层集成分离钠盐-DMF-甲苯-水混合溶液的工艺，将传统共沸精馏和萃取精馏有效集成在同一装置中，在同一共沸萃取精馏塔上实现DMF、甲苯和水的分离，简化了生产工艺流程。与传统工艺相比，本发明方法将传统共沸精馏与萃取精馏有效集成，采用脱盐罐进行预热和脱盐，在共沸萃取精馏塔中实现多组分分离，工艺过程简单；采用共沸萃取精馏塔塔顶蒸汽给原料预热，有效利用热量，降低能耗；采用改性萃取溶剂，显著降低萃取剂的熔点，避免冬季环境温度低时，对共沸萃取精馏过程的影响。所述的方法原料液经共沸萃取精馏和液液分层集成装置一次处理，一次可得99.5%以上的甲苯和99.9%以上DMF，一次收率均达98 %以上，分离后水中含甲苯低于0.08%。

附图说明

 图1为共沸萃取精馏与液液分层集成分离钠盐-DMF-甲苯-水混合溶液的工艺流程示意图。

具体实施方式

本发明的共沸萃取精馏与液液分层集成分离钠盐、DMF、甲苯和水混合溶液的方法，分离装置及工艺流程参照图1，其中1为共沸萃取精馏塔，2为脱盐罐，3为共沸萃取精馏塔加热器，4为原料预热器，5为低温冷凝器，6为排气孔，7为液液分层罐，8为冷凝器，9为溶剂再生循环塔，10为加热器。

采用某公司提供的钠盐、DMF、甲苯和水混合溶液为原料，共沸萃取精馏塔的操作在常压下进行，塔内径为50mm，内装φ3*3θ型不锈钢填料，经用标准体系测定，该填料等板高度HETP=27mm，塔釜用电热套加热，原料、改性萃取剂进料及出料均用玻璃转子流量计计量，共沸萃取精馏塔和溶剂再生循环塔均采用外回流。

钠盐、DMF、甲苯及水混合溶液①在原料预热器4中经共沸萃取精馏塔1塔顶蒸汽预热，然后再由脱盐蒸发罐2脱盐，由共沸萃取精馏塔1的中下部加入共沸萃取精馏塔1中，共沸萃取精馏塔1塔顶、塔底温度分别为83.8～84.5℃和95.7～97.5℃，改性萃取剂⑥（在环丁砜中添加15-20%邻苯二甲酸二辛酯）在共沸萃取精馏塔1的中上部位进料，原料①与改性萃取剂的比例为1：0.4～1.0，共沸萃取精馏塔1塔顶物料③为甲苯和水的混合汽体，经原料预热器4和低温冷凝器5原料冷凝和低温冷凝后，塔顶汽体冷凝为液体，液体温度≤20℃，在液液分层罐7中分为甲苯层④和水层⑤，甲苯层④为99.5%以上甲苯，水层⑤为99.9%的水（甲苯低于0.08%）；共沸萃取精馏塔1塔底物料⑧为改性萃取剂和DMF的混合液，塔釜混合液送入溶剂再生循环塔9，经溶剂再生循环塔9处理，溶剂再生循环塔9塔顶馏出馏分⑦为99.9%以上的DMF溶液，塔底物料为改性萃取剂，循环至共沸萃取精馏塔1，循环使用。

分离过程的工艺条件：分离过程中各塔釜温度控制、回流比、进料位置及塔板数见表1所示。

经HP色谱仪分析，原料和各馏分组成详细结果见表2所示。

表2 共沸萃取精馏和液液分层集成分离钠盐、DMF、甲苯和水混合溶液的分离结果