一種利用低共熔溶劑絡(luò)合脫除乙醇水混合溶液中水分的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬化工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種利用低共熔溶劑絡(luò)合脫除乙醇水混合溶液中水分的方法，用于制取無水乙醇。本發(fā)明利用低共熔溶劑絡(luò)合再經(jīng)過蒸餾脫除乙醇水混合溶液中的水分。特別適用于脫除95%乙醇水混合溶液中的水分制取無水乙醇，避免了萃取精餾法和共沸精餾法的高能耗，起絡(luò)合劑作用的低共熔溶劑經(jīng)蒸發(fā)除去水分后可循環(huán)使用，本發(fā)明工藝操作簡單、成本低，無廢水排放，既適合小規(guī)模裝置也適合大規(guī)模裝置生產(chǎn)。本發(fā)明絡(luò)合條件溫和，低溫常壓操作，生產(chǎn)安全性高。
【專利說明】一種利用低共熔溶劑絡(luò)合脫除乙醇水混合溶液中水分的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種利用低共熔溶劑絡(luò)合脫除乙醇水混合溶液中水分的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無水乙醇是一種重要的化工原料。廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、油漆、食品、化妝品、橡膠、電子工業(yè)等行業(yè)中。另外，在無水乙醇中添加改性劑可形成變性燃料乙醇。變性燃料乙醇以一定比例與汽油調(diào)和，形成車用乙醇汽油，可用作汽車的環(huán)保燃料。近年來，隨著能源價格的持續(xù)走高，節(jié)約石油資源的舉措已列入國家科技發(fā)展計劃綱要。車用無水乙醇項目已在一些省份得到積極推廣。
[0003]乙醇能達到的純度是無水乙醇的重要質(zhì)量指標(biāo)。多數(shù)市售的無水乙醇一般只能達到 99.5%純度，在許多有機合成反應(yīng)中需用純度更高的無水乙醇，經(jīng)常需自己制備。通常工業(yè)用的95.5%的乙醇不能直接用蒸餾法制取無水乙醇，因95.5%乙醇和4.5%的水形成恒沸點混合物。要把水除去，一般第一步是加入氧化鈣(生石灰)煮沸回流，使乙醇中的水與生石灰作用生成氫氧化鈣，然后再將無水乙醇蒸出。這樣得到無水乙醇，純度最高約99.5%。目前，無水乙醇的生產(chǎn)方法還有共沸精餾法、萃取精餾法、分子篩吸附脫水法、氧化鈣脫水法、滲透汽化法、真空脫水法及生物質(zhì)吸附法等。其中都存在著一定不足，如能耗高等。而純度更高的無水乙醇要用金屬鎂或金屬鈉進行處理。因而從節(jié)能角度來講，開發(fā)能耗更低、產(chǎn)品純度更高的無水乙醇意義重大。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)萃取精餾法存在的脫除乙醇水混合溶液中的水分所用能耗較高和產(chǎn)品純度較低等技術(shù)問題，提供一種利用低共熔溶劑絡(luò)合脫除乙醇水混合溶液中水分的方法。
[0005]本發(fā)明技術(shù)適用于脫除95%乙醇水混合溶液中的水分制取無水乙醇，避免了萃取精餾法和共沸精餾法的高能耗，起絡(luò)合劑作用的低共熔溶劑經(jīng)蒸發(fā)除去水分后可循環(huán)使用，新工藝顯著降低了生產(chǎn)成本，產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)可達到無水乙醇優(yōu)質(zhì)品要求。
[0006]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn):
[0007]—種利用低共熔溶劑絡(luò)合脫除乙醇水混合溶液中水分的方法，它包括以下步驟:
[0008]a.將乙醇含量小于或等于95%的乙醇水混合溶液送入絡(luò)合蒸餾釜，之后按比例將可與水形成絡(luò)合物的低共熔溶劑在攪拌條件下加入到絡(luò)合蒸餾釜，絡(luò)合蒸餾釜溫度為20°C~40°C，壓力為0.1~0.2MPa，所述低共熔溶劑與所述乙醇水混合溶液中水分的質(zhì)量比為15~20:1 ;
[0009]所述低共熔溶劑為季銨鹽與氫鍵供體形成的低共熔溶劑，所述季銨鹽為十二烷基三甲基氯化銨、氯化膽堿、甜菜堿鹽酸鹽、十六烷基三甲基氯化銨、三辛基甲基氯化銨、殼聚糖季銨鹽和四丁基氯化銨中的一種或其復(fù)配，所述氫鍵供體為尿素、甘油、乙二醇、甲酸、乙酸和甲酰胺中的一種或其復(fù)配；
[0010]b.所述步驟a中，所述乙醇水混合溶液中的水分與低共熔溶劑形成的絡(luò)合液在蒸餾結(jié)束后，打入到絡(luò)合液儲罐，之后送往后續(xù)減壓脫水工序在蒸發(fā)釜中脫除絡(luò)合液中的水分，得到再生的低共熔溶劑用于下一次絡(luò)合。
[0011]上述的利用低共熔溶劑絡(luò)合脫除乙醇水混合溶液中水分的方法，它還包括以下步驟:
[0012]c將步驟b中絡(luò)合液儲罐中的絡(luò)合液用泵打入蒸發(fā)釜，入蒸發(fā)釜前經(jīng)加熱器加熱，在溫度為70°C~90°C、真空度為0.5MPa~0.8MPa的條件下脫除水分，蒸發(fā)釜釜頂流出的水分用于預(yù)熱進入蒸發(fā)釜的絡(luò)合液；
[0013]d.將蒸發(fā)釜中留下的除去水分的低共熔溶劑送入到絡(luò)合蒸餾釜循環(huán)使用。
[0014]優(yōu)選的，所述步驟d中加熱溫度為75°C~85°C，最佳為80°C。
[0015]優(yōu)選的，所述步驟a的絡(luò)合蒸餾釜中的操作溫度為30°C，壓力0.1MPa0
[0016]優(yōu)選的，所述乙醇水混合溶液中水含量范圍為85%~95%。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的顯著效果為:
[0018]①本發(fā)明利用低共熔溶劑絡(luò)合的方法脫除乙醇水混合溶液中的水分，乙醇水混合溶液與自絡(luò)合蒸餾釜頂部加入的低共熔溶劑接觸，實現(xiàn)與乙醇水混合溶液中水分的絡(luò)合，之后采用簡單蒸餾的方法即可將無水乙醇分離出來，乙醇純度達到99.5%~99.9%，調(diào)整低共熔溶劑的加入量、絡(luò)合條 件和蒸餾條件可控制產(chǎn)品無水乙醇的規(guī)格。本發(fā)明工藝操作簡單、成本低，無廢水排放，既適合小規(guī)模裝置也適合大規(guī)模裝置生產(chǎn)。本發(fā)明絡(luò)合條件溫和，低溫常壓操作，生產(chǎn)安全性高。
[0019]②本發(fā)明利用低共熔溶劑作為絡(luò)合劑脫水效率高，在絡(luò)合釜中一次混合即可絡(luò)合乙醇水混合溶液中的幾乎全部水分，產(chǎn)品中水含量極低。
[0020]③本發(fā)明用作絡(luò)合劑的低共熔溶劑成本低、制備容易且可循環(huán)使用，屬于可生物降解的環(huán)保型產(chǎn)品。
[0021]④本發(fā)明采用的絡(luò)合及蒸餾相結(jié)合的工藝特點是絡(luò)合效率高，脫水徹底。同時，低共熔溶劑對乙醇水混合溶液中的少量金屬雜質(zhì)也有脫除效果，顯著減輕了能量消耗和生產(chǎn)成本,得到高質(zhì)量的無水乙醇。
[0022]總之，本發(fā)明采用低共熔溶劑，一種離子液體類似物，作為絡(luò)合劑結(jié)合簡單蒸餾法制取無水乙醇。與現(xiàn)行的萃取精餾法相比，能耗進一步下降。本發(fā)明的思路是充分發(fā)揮低共熔溶劑吸濕的優(yōu)良特性，脫除乙醇水混合溶液中的水分。經(jīng)過探索研究，我們發(fā)現(xiàn)低共熔溶劑法可與乙醇水混合溶液中的水分很好地絡(luò)合，之后采用蒸餾的方法即可將無水乙醇分離出來，乙醇純度達到99.5%~99.9%。經(jīng)蒸發(fā)脫水后，低共熔溶劑可循環(huán)使用。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0024]實施例1
[0025]將市售的95%乙醇水混合溶液加入到絡(luò)合蒸餾釜I中，加入低共熔溶劑,持續(xù)攪拌I個小時。靜置20分鐘。絡(luò)合蒸餾釜中，絡(luò)合階段溫度為25°C，絡(luò)合階段壓力為0.1MPa，所述低共熔溶劑與所述乙醇水混合溶液中水分的質(zhì)量比為16.5:1 ;所用低共熔溶劑從氯化膽堿和尿素制成，氯化膽堿和尿素重量比為1:2。所述絡(luò)合蒸餾釜體積3立方米，高徑比為
2:1。
[0026]絡(luò)合蒸餾釜中，蒸餾階段溫度為80°C，蒸餾階段壓力為0.1MPa，蒸餾結(jié)束后乙醇水混合溶液中的水分與低共熔溶劑形成的絡(luò)合液用泵打入到蒸發(fā)釜，在80°C和0.7MPa的真空度下減壓脫水得到再生的低共熔溶劑，循環(huán)使用。
[0027]絡(luò)合蒸餾釜釜頂蒸出的無水乙醇收率達到理論量的97%，經(jīng)檢測，蒸餾得到的產(chǎn)品中乙醇質(zhì)量分率>99.6%,水的質(zhì)量分率小于0.4%,蒸發(fā)殘留物小于0.001%,達到無水乙醇的標(biāo)準(zhǔn)。
[0028]實施例2
[0029]將市售的95%乙醇水混合溶液加入到絡(luò)合蒸餾釜中，加入低共熔溶劑,持續(xù)攪拌2個小時。靜置10分鐘。絡(luò)合蒸餾釜中，絡(luò)合階段溫度為35°C，絡(luò)合階段壓力為0.1MPa，所述低共熔溶劑與所述乙醇水混合溶液中水分的質(zhì)量比為25:1 ;所述低共熔溶劑為氯化膽堿和甘油混合物組成，其重量比為1:3。所述絡(luò)合蒸餾釜體積3立方米，高徑比為2:1。
[0030]蒸餾階段溫度為80°C，蒸餾階段壓力為0.1MPa，蒸餾結(jié)束后乙醇水混合溶液中的水分與低共熔溶劑形成的絡(luò)合液用泵打入到蒸發(fā)釜，在80°C和0.7MPa的真空度下減壓脫水得到再生的低共熔溶劑， 循環(huán)使用。
[0031]絡(luò)合蒸餾釜釜頂蒸出的無水乙醇收率達到理論量的98%，經(jīng)檢測，蒸餾得到的產(chǎn)品中乙醇質(zhì)量分率>99.8%,水的質(zhì)量分率小于0.2%,蒸發(fā)殘留物小于0.001%,達到無水乙醇的標(biāo)準(zhǔn)。
[0032]實施例3
[0033]將市售的95%乙醇水混合溶液加入到絡(luò)合蒸餾釜中，加入低共熔溶劑，持續(xù)攪拌
0.5個小時。靜置15分鐘。絡(luò)合蒸餾釜中，絡(luò)合階段溫度為40°C，絡(luò)合階段壓力為0.1MPa,所述低共熔溶劑與所述乙醇水混合溶液中水分的質(zhì)量比為20:1 ;所述低共熔溶劑為氯化膽堿和尿素混合物組成，其重量比為1:2。所述絡(luò)合蒸餾釜體積3立方米，高徑比為2:1。
[0034]蒸餾階段溫度為80°C，蒸餾階段壓力為0.1MPa，蒸餾結(jié)束后乙醇水混合溶液中的水分與低共熔溶劑形成的絡(luò)合液用泵打入到蒸發(fā)釜，在80°C和0.7MPa的真空度下減壓脫水得到再生的低共熔溶劑，循環(huán)使用。
[0035]絡(luò)合蒸餾釜釜頂蒸出的無水乙醇收率達到理論量的95%，經(jīng)檢測，蒸餾得到的產(chǎn)品中乙醇質(zhì)量分率>99.7%,水的質(zhì)量分率小于0.3%,蒸發(fā)殘留物小于0.001%,達到無水乙醇的標(biāo)準(zhǔn)。
[0036]實施例4
[0037]將市售的95%乙醇水混合溶液加入到絡(luò)合蒸餾釜中，加入低共熔溶劑，持續(xù)攪拌
0.5個小時。靜置10分鐘。絡(luò)合蒸餾釜中，絡(luò)合階段溫度為20°C，絡(luò)合階段壓力為0.1MPa,所述低共熔溶劑與所述乙醇水混合溶液中水分的質(zhì)量比為15:1 ;所述低共熔溶劑為氯化膽堿和乙二醇，其重量比為1:4。所述絡(luò)合蒸餾釜體積3立方米，高徑比為2:1。
[0038]蒸餾階段溫度為80°C，蒸餾階段壓力為0.1MPa，蒸餾結(jié)束后乙醇水混合溶液中的水分與低共熔溶劑形成的絡(luò)合液用泵打入到蒸發(fā)釜，在80°C和0.7MPa的真空度下減壓脫水得到再生的低共熔溶劑，循環(huán)使用。
[0039]絡(luò)合蒸餾釜釜頂蒸出的無水乙醇收率達到理論量的99%，經(jīng)檢測，蒸餾得到的產(chǎn)品中乙醇質(zhì)量分率>99.5%,水的質(zhì)量分率小于0.5%,蒸發(fā)殘留物小于0.001%,達到無水乙醇的標(biāo)準(zhǔn)。`
【權(quán)利要求】
1.一種利用低共熔溶劑絡(luò)合脫除乙醇水混合溶液中水分的方法，其特征是，它包括以下步驟: a.將乙醇含量小于或等于95%的乙醇水混合溶液送入絡(luò)合蒸餾釜，之后按比例將可與水形成絡(luò)合物的低共熔溶劑在攪拌條件下加入到絡(luò)合蒸餾釜，絡(luò)合蒸餾釜溫度為20°C~40°C，壓力為0.1~0.2MPa，所述低共熔溶劑與所述乙醇水混合溶液中水分的質(zhì)量比為15 ~20:1 ; 所述低共熔溶劑為季銨鹽與氫鍵供體形成的低共熔溶劑，所述季銨鹽為十二烷基三甲基氯化銨、氯化膽堿、甜菜堿鹽酸鹽、十六烷基三甲基氯化銨、三辛基甲基氯化銨、殼聚糖季銨鹽和四丁基氯化銨中的一種或其復(fù)配，所述氫鍵供體為尿素、甘油、乙二醇、甲酸、乙酸和甲酰胺中的一種或其復(fù)配； b.所述步驟a中，所述乙醇水混合溶液中的水分與低共熔溶劑形成的絡(luò)合液在蒸餾結(jié)束后，打入到絡(luò)合液儲罐，之后送往后續(xù)減壓脫水工序在蒸發(fā)釜中脫除絡(luò)合液中的水分，得到再生的低共熔溶劑用于下一次絡(luò)合。
2.如權(quán)利要求1所述的利用低共熔溶劑絡(luò)合脫除乙醇水混合溶液中水分的方法，其特征是，它還包括以下步驟: c將步驟b中絡(luò)合液儲罐中的絡(luò)合液用泵打入蒸發(fā)釜，入蒸發(fā)釜前經(jīng)加熱器加熱，在溫度為70°C~90°C、真空度為0.5MPa~0.8MPa的條件下脫除水分，蒸發(fā)釜釜頂流出的水分用于預(yù)熱進入蒸發(fā)釜的絡(luò)合液； d.將蒸發(fā)釜中留下的除去水分的低共熔溶劑送入到絡(luò)合蒸餾釜循環(huán)使用。
3.如權(quán)利要求2所述的利用低共熔溶劑絡(luò)合脫除乙醇水混合溶液中水分的方法，其特征是，所述步驟d中加熱溫度為75°C~85°C。.
4.如權(quán)利要求3所述的利用低共熔溶劑絡(luò)合脫除乙醇水混合溶液中水分的方法，其特征是，所述步驟d中加熱溫度為80°C。
5.如權(quán)利要求1所述的利用低共熔溶劑絡(luò)合脫除乙醇水混合溶液中水分的方法，其特征是，所述步驟a的絡(luò)合蒸餾釜中的操作溫度為30°C，壓力0.1MPa0
6.如權(quán)利要求1所述的利用低共熔溶劑絡(luò)合脫除乙醇水混合溶液中水分的方法，其特征是，所述乙醇水混合溶液中水含量范圍為85%~95%。
【文檔編號】C07C31/08GK103467245SQ201310436608
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】馮丹華, 宋麗英, 其他發(fā)明人請求不公開姓名 申請人:河北科技大學(xué)