專利名稱：從低、中、高沸物混合物中分離中沸物的工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種從含有低、中、高沸物的混合物中分離中沸物的工藝，混合物被分離為一種含低、中沸物的餾分和一種含低、高沸物餾分。
化學工業經常遇到的一個問題是需要從含有低(L)、中(M)、高(H)沸物的液體混合物中分離出純的或者只含有痕量低沸物的中沸物。
為了達到這一目的可以使用已有的蒸餾方法，例如在烏爾曼(Ullmann)工業化學百科全書B3卷，第4-46頁及以后數頁敘述的那些方法。已有蒸餾方法的共同特征是在蒸餾塔底部采出純的高沸物，或它可能含有痕量的中沸物，在塔的頂部分離出中沸點組分，塔頂溫度在很大程度上取決于高沸點組分的濃度及其沸點。而且，用現有的方法不可能在分離不含中沸物的低、高沸物混合物的同時，分離低、中沸物的混合物。然而在許多情況下，同時分離是合乎需要的，特別是在低、高沸物將要被進一步聯合使用的時候(銷售、回收、處理)。
上述出版物的第4-48頁中敘述了使用側塔從低、中、高沸物混合物(L，M、H混合物)中分離中沸物。在這種情況下，仍然要將低、高沸物分離。上述出版物在第4-62頁和第4-63頁敘述了使用直接或間接聯用塔的相同工藝。在所有上述情況下，最終需要使用蒸餾的方法從高沸點組分中分離中沸點組分，在大多情況都要求沸騰溫度至少要等于中沸點組分的沸騰溫度，在極個別情況下，沸騰溫度要接近高沸組分的沸騰溫度，致使溫度很高。尤其是在要求將中沸組分完全與高沸組分分離的情況下如此。這樣高的溫度可能引起有關物質、甚至比較具有熱穩定性的物質發生分解或化學轉化(聚合)。為此，綜合蒸餾技術，例如在減壓條件下進行的溫和蒸餾(薄膜蒸發器，分子噴射蒸餾等)對于這類分離任務通常是必要的。這種蒸餾技術具有生產率非常低的缺點，從而導致高的投資和產品成本，它可能意味著一種本身先進的蒸餾分離法在使用上不合算。
眾所周知還有一些分離難分離液體混合物的特殊技術。這些特殊技術只有在成本上更合算或其它一般技術無效的情況下才適用。它常常用于那些對熱應力的耐受程度有限的物質，即沸點高于或接近分解溫度的物質。一種已知的從不混溶組分混合物中分離低揮發性組分的方法是載氣蒸餾法。此方法的依據是，在一種互不混溶物質的混合物中，每種物質的行為與其在純組分時相同，換句話說，在一個給定的溫度下，每種物質有一個分壓-與混合物的組成無關-等于該物質的蒸汽壓。并且，該混合物的總壓等于各組分蒸汽壓之和。一個已知的例子是水／溴苯體系。混合物在95℃沸騰，而純物質的沸點是在100℃(水)和156℃(溴苯)。載氣蒸餾特別適合于分離沸點較高的互不相溶組分(例如丙三醇)、分離在到達沸點之前甚至已經聚合或分解的物質(脂肪酸)、分離難于處理的以及直接加熱到沸點可能產生危險的物質(如松節油)。
載氣蒸餾的突出例子是蒸汽蒸餾，即用蒸汽作為載氣。它的應用很廣泛，例如在石油加工工業中，從吸收油中除去輕質烴；在煤炭工業中，用蒸汽蒸餾從煤蒸餾過程中分離烴類餾分；在橡膠工業中，從樹脂中分離松節油；以及制備有機化學品。蒸汽蒸餾是共沸蒸餾或萃取蒸餾的特殊形式，其描述見于上述出版物的第4-50至4-52頁。該工藝擁有的技術作用是基于這樣一種發現通過添加一種替代物質(一種夾帶劑)，超越共沸點，然后達到共沸點以上的預期濃度。
這些技術的共同缺點是，要向待蒸餾系統加入一種添加劑(夾帶劑)，還要通過附加工藝步驟將這種夾帶劑再次從系統分離出去。
從混合物中移出較高沸點物質的另一種已知方法是汽提。汽提的缺點是，在汽提介質中總是只產生一種高沸組分或中沸組分的極稀溶液，從而需要一種繁復而昂貴的分離過程。一般來說，只有用相分離的方法分離產物的工藝是經濟的，即當混合物顯示出互溶性區時。
因此本發明的目標之一是，提供一種從含有低、中、高沸物的混合物中分離一種中沸組分或一種含低、中沸物的餾分的簡單而溫和的方法。
我們驚異地發現，如果將上述混合物在蒸餾塔的塔底用低沸物蒸汽處理，就可以達到這一目標。
本發明接著提供一種從含有低、中、高沸物的均勻混合物(L，M，H混合物)中分離一種含低、中沸物的餾分(L，M餾分)和一種含低、高沸物的餾分(L，H餾分)的工藝，它包括在蒸餾塔內用低沸物蒸汽處理L，M，H混合物，使之分離為L，M餾分和L，H餾分。中沸點組分在低沸物蒸汽內積聚，從而可以在混合物進料口上部回收L，M餾分，在液相中獲得L，H餾分。通常將待分離混合物直接通入塔頂。用低沸物蒸汽處理混合物時最好以逆流的方式進行，特別是向塔底輸送低沸物蒸汽或供應液態低沸點組分并使之在塔底沸騰。向塔內供應的低沸點組分應與混合物中的組分相同。據發現，用低沸物蒸汽在汽提塔內進行處理特別有益。汽提塔可以是傳統的板式塔，如泡罩塔或篩板塔，或者采用傳統的填料，如拉西環，帕爾環，鞍形環等等，優選理論塔板數5-100。依據具體的分離任務，塔板數甚至可以超過100。
向塔底輸送低沸物蒸汽的結果是，使中沸點組分在低沸物蒸汽內積聚。在進料板的高度處或以上位置方便地獲得L，M餾分。L，M餾分優選從塔頂抽出。
L，M餾分一般含大量乃至大大過量的低沸點組分，因此特別有利于濃縮為富含中沸點組分的餾分。例如，可以將L，M餾分送入一個單獨的、多級的精餾塔，在其中將低沸點組分分離出去，增濃中沸點組分，甚至得到純的中沸點組分。
特別優選精餾塔作為單獨的蒸餾塔或將其直接安裝在低沸物蒸汽處理塔的上部，用以從塔頂蒸餾出低沸點組分。增濃的L，M餾分或中沸點組分經塔的回流側線移出。本專利特別優選使用一種基本垂直的隔板，在這種情況下，待分離混合物被送入汽提精餾塔內大體中央的部位。在進料點的高度處安有一塊總共1-10或1-5塊理論板的隔板，從而垂直將塔分為兩個部分，進料大體發生在隔板中部。用這種方法，在隔板區，富含中沸點組分的餾分被從與進料位相反的一側抽出。隔板將抽出位與進料位分開。隔板兩側的中沸點組分濃度相等，只是高沸物只存在于進料位一側的混合物中。優選富含中沸點組分的餾分的采出位置大體位于進料位的高度，或者必要時適當地低于該點。
作為隔板的具體方案的替換形式，同樣可以在緊鄰汽提精餾塔處安裝一個側塔。無論在進料位以上或以下是單級還是多級的情況，側塔均與汽提精餾塔的汽液相連通。富含中沸點組分的餾分被從側塔抽出。側塔的設置要保證高沸點組分不能越入側塔的抽出一側。熟練工人熟知適用于此目的手段。
如果需要，在進料板上或蒸汽出口可以安裝分滴器(除霧器或其它傳統裝置)，以防止高沸點組分被以液滴的形式夾帶出去。
必要時，在上述精餾塔濃縮的富含中沸點組分的L，M餾分可以在下一個有精餾段和汽提段的塔中被進一步分離或濃縮。
另一種創新工藝的有益實施方案是，將汽提塔或汽提分餾塔來的、可能是經過了常規壓縮的蒸汽，作為低沸點組分或低沸物蒸汽輸送回處理塔塔底。由于新工藝對低沸點組分或低沸物蒸汽直接加熱，蒸汽壓縮只需克服全塔的壓差，這有可能使能量的消耗大大降低，并且同時冷卻所需的輸入量大大減少。
處理塔和／或精餾或蒸餾塔可以在常壓、減壓或加壓下，連續地或是分批地操作。針對這些前提，操作條件當然取決于待分離的混合物，熟練工人會用常規方法加以確定。一個關鍵因素是低沸物蒸汽的溫度，它必須高到足以把L，M餾分蒸出，并在塔底獲得L，H餾分。
新工藝的優點是容易進行，在處理上無須添加任何額外的物質。中沸點組分的濃度在整個過程中是低的。過程中，即在塔內的停留時間比較短。由于工藝的簡化，需要的投資低。而且該工藝在大規模可能性方面幾乎沒有限制。
新工藝使得進行非常溫和的分離成為可能，即在低沸點組分的沸點溫度下，從低、中、高沸物混合物中分離L，M餾分或中沸點組分。因此，該工藝非常有利于要求盡可能溫和地從L，M，H混合物中分離一種熱敏的、例如易于發生分解或聚合的中沸點組分的場合。該工藝非常有利于原料混合物中含的一種高沸點組分，在其純態或高濃縮形式下是高粘度、固體沉淀、或者在較高濃度時傾向于發生化學反應，例如聚合反應。事實上，該新工藝保證溶解在低沸點組分中的高沸點組分能被汽提分離。結果，唯一需要的是處理溶液；換句話說，粘性、固體等問題得到了避免。
該工藝特別適合于獲得熱敏產品。其應用實例如下-從一種羥胺鹽水溶液中獲得羥胺水溶液，-獲得可聚化合物，例如從苯乙烯生產中得到的混合物中回收苯乙烯，-獲得氯化烴，例如從二氯乙烷生產中得到的混合物中回收二氯乙烷，-從環己烷空氣氧化的汽提酸中或己二酸生產中回收羧酸和醛，-從仍可能含有高沸物、有機化合物、鹽類(催化劑)等的生產廢水中分離有機酸和醛，例如醋酸、丙烯酸、異丁烯醛或甲基丙烯酸，和-從含有氨和高沸物的混合物中分離胺該新工藝的進一步詳細說明參考
圖1的示意圖圖1顯示了一個用于分離L，M，H混合物的塔，由一個汽提塔1和安裝在其上的精餾塔2組成。待分離的混合物直接送入汽提塔1的頂部。低沸物蒸汽L以逆流的方式通入汽提塔底部的混合物中。在從塔底采出L，H餾分的同時，從塔頂采出基本不含高沸點組分的L，M餾分。該餾分，即富含中沸點組分的餾分在精餾塔被濃縮。增濃的L，M餾分在待分離混合物進料板以上的某處被采出。在精餾塔頂采出低沸點組分，根據需要被冷凝和送往后續裝置。另一個選擇是，將低沸點組分直接地，或者在壓縮之后送回汽提塔1的塔底。
下面的實施例說明本發明且沒有限制條件。實施例1用汽提塔從一種羥胺(HA)／硫酸銨(AS)溶液中獲得羥胺(HA)水溶液將一種含218克／升HA和680克／升AS的水溶液以300毫升／小時速度加到汽提塔的頂級上。汽提塔用玻璃制成，高2米，直徑35毫米，縱向裝填有1．8米高的3毫米玻璃拉西環。以1000毫升／小時的速度向塔底加入蒸餾水。塔壓在40kPa。底溫為84℃。每小時從塔頂蒸出脫鹽HA水溶液1000毫升，含HA39．0克，相當于進料中總HA的59．6％。HA含量為86．0克／升濃度的硫酸銨溶液以300毫升／小時的速度從塔底排出。這相當于進料總HA的39．4％。
HA在塔中的最高濃度為100克／升。塔的持液量取決于具體的負荷，為20-225毫升。從而液體在塔中的停留時間只有1．5-10分鐘。在這樣低的濃度和短的時間里，分解率很低。
其它實驗見于下表。
表1從一種HA／AS溶液中分離HA水溶液
*塔底加熱采用自動調溫裝置。
＾為了同時對釜底加熱，水以過熱蒸汽的形式加入。
實施例2用汽提塔從HA／Na2SO4水溶液中分離HA水溶液。
將實施例3的含11％(重量)HA和23．6％(重量)Na2SO4的水溶液，以978克／小時的速度加入汽提塔頂級。汽提塔用搪瓷制成，高2米，直徑50毫米，填有5毫米玻璃拉西環。塔壓為大氣壓。將2．5bar的絕壓蒸汽通入塔底。蒸汽／進料比為2．9∶1。從塔底以985克／小時的速度采出含1．7克／升HA的硫酸鈉溶液。相當于進料中總HA量的1％。塔頂以3593克／小時的速度蒸出含36．8克／升HA的無鹽水溶液，相當于進料中總HA量的99．2％。其它實驗見于下表。
表2從HA／Na2SO4水溶液中分離HA水溶液
實施例3用汽提-蒸餾塔從HA／Na2SO4水溶液中分離HA水溶液將含221克／升HA和540克／升AS的水溶液以202毫升／小時的速度加入一個直徑35毫米，總高1．6米，有21塊塔板(最低板=第1板)的玻璃泡罩塔的第11級塔板。以1300毫升／小時的速度向塔底通入蒸汽(約125℃)。塔壓為99kPa。在塔頂以180毫升／小時的速度采出大體上無HA的水(0．6克／升)，塔頂溫度99．8℃，回流比1∶3(回流∶進料)。從第12塊板以1180毫升／小時的速度，44克／升濃度經側線采出HA水溶液(產品溶液)。從塔底以400毫升／小時的速度采出鹽溶液。實施例4用汽提-蒸餾塔和濃縮物經側線采出的方法從HA硫酸鈉水溶液中分離HA水溶液。
將實施例3的含11％(重量)HA和23．6％(重量)Na2SO4的水溶液，加入到直徑為50毫米(塔板數相當于30塊理論板)的玻璃泡罩塔的第11塊理論板上。將2．5bar、約125℃的絕壓蒸汽通入塔底。塔壓為101kPa。從塔頂采出大體上無HA的水(0．05克／升HA)。從第12塊板經側線采出濃度為8．3％(重量)的液態無鹽的HA水溶液(產品溶液)。從塔底采出HA殘留量為0．2％(重量)的鹽溶液。實施例5用蒸餾法濃縮無鹽的羥胺水溶液在一個直徑50毫米，30塊塔板的玻璃泡罩塔中，以1600克／小時的速度向第8塊塔板連續加入濃度為8．3％(重量)的、穩定的無鹽羥胺水溶液。此外，將少量溶解在羥胺溶液中的穩定劑定量地加到最上層塔板--第30板上。回流比定為0．5。水從塔頂蒸出。餾出物仍含有0．07％(重量)的殘量羥胺。用泵以240毫升／小時的速度從塔底采出濃度為50％(重量)的羥胺溶液。
權利要求
1．一種從含有低、中、高沸物的均勻混合物(L，M，H混合物)中分離含低、中沸物的餾分(L，M餾分)的工藝，該工藝在一個塔的塔底用低沸物蒸汽處理L，M，H混合物，將混合物分離為一種L，M餾分和一種L，H餾分。
2．權利要求1的工藝，其特征在于以向塔底通入低沸物蒸汽的方式處理L，M，H混合物。
3．權利要求1或2的工藝，其特征在于處理過程是以逆流方式進行的。
4．上述任何一項權利要求所述的工藝，其特征在于采用的塔為汽提塔。
5．上述任何一項權利要求所述的工藝，其特征在于將L，M餾分從進料板的高度或進料板以上采出，特別是從塔頂采出。
6．上述任何一項權利要求所述的工藝，其特征在于將L，M餾分通入一個精餾塔，使低沸點組分分離出去，從而得到富含中沸點組分的L，M餾分。
7．權利要求6的工藝，其特征在于將精餾塔安裝在處理塔之上，從塔頂蒸出低沸點組分，以側線采出的方式移出富含中沸點組分的L，M餾分。
8．權利要求7的工藝，其特征在于處理塔與側塔的塔底相連通，精餾塔與側塔的塔頂相連通。
9．權利要求7的工藝，其特征在于在汽提／精餾塔內，與L，M，H混合物進料口高度處安裝了一塊基本垂直的分隔板。
10．上述任何一項權利要求所述的工藝，其特征在于在另一個有精餾段和汽提段的塔中，將中沸物從L，M餾分中分離或濃縮。
11．上述任何一項權利要求所述的工藝，其特征在于將從處理塔或精餾塔采出的低沸點組分必要時壓縮后，至少部分地返回塔底。
12．上述任何一項權利要求所述的工藝，用于獲得熱敏性的中沸點產物。
全文摘要
本發明涉及一種從含有低、中、高沸物的混合物中分離含低、中沸物的餾分的工藝。該工藝包括在一個塔的塔底用低沸物蒸汽處理混合物,從而使中沸點組分聚集在低沸物蒸汽中,在低沸點組分的沸點溫度水平獲得中沸點組分。
文檔編號B01D3/14GK1205677SQ96199143
公開日1999年1月20日 申請日期1996年12月20日 優先權日1995年12月20日
發明者O·沃茨恩伯杰 申請人:巴斯福股份公司