侧线精馏和萃取精馏集成提取 α- 吡咯烷酮与 N- 乙烯基吡 咯烷酮的方法及其设备 技术领域 本发明涉及一种侧线精馏与萃取精馏集成的工艺， 具体涉及一种侧线精馏和萃取 精馏集成分离 α- 吡咯烷酮与乙炔反应产物中 N- 乙烯基吡咯烷酮的工艺方法， 特别是一种 侧线精馏与混合溶剂萃取精馏集成分离未反应 α- 吡咯烷酮、 N- 甲基吡咯烷酮与 N- 乙烯 基吡咯烷酮的工艺方法。本发明还将提供这种方法所使用的设备。
背景技术
N- 乙烯基吡咯烷酮无色或者浅黄色液体， 在 13℃以下发生结晶， 易溶于水或其他 多种有机溶剂， 化学性质活泼， 易水解和聚合， 沸点在 90 ～ 92 ℃ @13mbar， 黏度 2.4mpas， @20℃， 闪点 95℃， 比重 1.043g/ml@20℃。N- 乙烯基吡咯烷酮是一种具有重要用途的化合 物， 由于其亲水性、 强极性、 低毒性和阳离子活性， 可广泛用于胶黏剂、 涂料、 纺织、 食品和制 药等工业领域， 它的共聚物和均聚物大都具有良好的膜强性、 染色相容性、 刚性和黏性。在许多领域广泛应用。塑料 ： 该单体可以添加于 UV 固化涂料的配方中， 形成柔韧且坚硬的塑 料薄膜。在辐射医疗配方中添加 NVP 可以提高高光和低光涂料的延长率、 黏度等 ； 木材 ： 增 强产品性能、 提高生产力和减轻对环境污染的压力， 是家具工业中对散射形涂料的使用需 要调查的主要动因。木制地板工业中使用的抗紫外涂料中添加 NVP 可以提供无蜡地板对等 的物理特性 ； 造纸 ： 造纸或纸板中使用的 UB 和 EB 固化涂料， 一般要求较低的黏度和高的反 应活性。NVP 通过改善流动性和测量水准而满足这些标准， 并且维持好的固化特性 ； 金属 ： 金属用 UV 涂料一般使用阳离子乙烯基醚 / 环氧化学或杂环体系组成配方， NVP 的功能是和 乙烯醚或丙烯酸官能团交联在这些体系中形成一种优良活性的稀释剂 ； 油墨 ： 包装市场利 用 EB 和紫外固化技术， 来加快生产速度并且降低能耗。优良性能和少气味的固化油墨在丝 网油墨市场中占据重要分额 ； 电子 ： 电器设备制造商依靠 UV 涂料快速加工处理和低温处理 过程来保护电缆和电器元件以及印刷电路板 ； 黏合剂 ： 严格的排放要求和必须较高的固化 速率促使该工业发展一系列宽范围的固化黏合剂。
目前为了得到高纯度 N- 乙烯基吡咯烷酮， 由于 N- 甲基吡咯烷酮与 N- 乙烯基吡咯 烷酮的沸点差较小， 采用多次简单蒸馏分离 α- 吡咯烷酮与乙炔反应产物， 回流比 (R) 控制 在约 8 ∶ 1， 仅得到 99.1％左右的 N- 乙烯基吡咯烷酮， 分离过程中产生大量中间产品， 该方 法分离过程能耗大、 收率低、 流程较复杂。 发明内容
本发明将提供一种侧线精馏和萃取精馏集成提取 α- 吡咯烷酮与乙炔反应产物 中 N- 乙烯基吡咯烷酮的方法及其设备， 与传统工艺相比， 新方法工艺步骤较简单， 产品纯 度高， 混合萃取剂循环使用， 生产过程无中间产品， 能耗低。本发明采用侧线精馏和混合萃 取剂萃取精馏结合分离上述混合液， 原料液经侧线精馏后， 塔顶得到 13％的 N- 甲基吡咯烷 酮和 86％的 N- 乙烯基吡咯烷酮混合物， 99％的 N- 甲基吡咯烷酮和 N- 乙烯基吡咯烷酮混合物经混合萃取剂萃取精馏后， 可一次得到 99％以上的 N- 甲基吡咯烷酮， 一次得率达到 88％ 以上， 侧线得到 85％左右 α- 吡咯烷酮， 作为乙炔化反应的原料， 底部为高沸点有机物。
本发明提供的侧线精馏和混合萃取剂萃取精馏集成分离的方法， 是一个侧线精馏 和萃取精馏集成分离 α- 吡咯烷酮、 N- 甲基吡咯烷酮和 N- 乙烯基吡咯烷酮体系， 具体方案 是：
一种侧线精馏和萃取精馏集成提取 α- 吡咯烷酮与 N- 乙烯基吡咯烷酮的方法， 其 特征在于， 步骤如下 ：
(1) 原料 α- 吡咯烷酮、 N- 甲基吡咯烷酮和 N- 乙烯基吡咯烷酮混合液先经侧线精 馏， 塔顶得到质量比 99％的 N- 甲基吡咯烷酮和 N- 乙烯基吡咯烷酮混合物 ； 99％的 N- 甲基 吡咯烷酮和 N- 乙烯基吡咯烷酮混合物用环丁砜和甘油混合溶剂 ( 萃取剂 ) 萃取分离， 塔顶 得质量比 99％以上的 N- 甲基吡咯烷酮， 塔釜流出含萃取剂和 N- 乙烯基吡咯烷酮混合物 ；
(2) 侧线精馏中部得到质量比 85％左右的 α- 吡咯烷酮 ；
(3) 上述萃取剂和 N- 乙烯基吡咯烷酮混合物经再生塔处理， 根据 N- 甲基吡咯 烷酮、 N- 乙烯基吡咯烷酮及萃取剂的沸点不同， 再生塔塔顶分别得到少量的质量比 39 ％ N- 甲基吡咯烷酮馏分、 质量比 99.5％以上的 N- 乙烯基吡咯烷酮产品和质量比 11％左右的 α- 吡咯烷酮馏分， 底部得到萃取剂 ；
(4)39％ N- 甲基吡咯烷酮馏分去萃取精馏装置， 作为原料 ；
(5)11％ α- 吡咯烷酮馏分回侧线精馏塔原料罐， 循环使用 ；
(6)99.5％以上的 N- 乙烯基吡咯烷酮去 N- 乙烯基吡咯烷酮储罐 ； 萃取剂去萃取剂 储罐， 萃取剂循环使用。
以上方案中， 含环丁砜和甘油混合溶剂 ( 萃取剂 ) 的进料质量比例为 1 ∶ 0.5 ～ 1.5。
以上方案中， 步骤 (1) 环丁砜萃取剂与原料进料比例为 0.5 ～ 1.5 ∶ 1， 所述萃取 塔塔顶温度控制在 202.5 ～ 203.5℃。
具体步骤是 ： 合成反应精馏后溶液 - 馏分①进入侧线精馏塔， 塔顶得到 86 ％左 右的 N- 乙烯基吡咯烷酮②， 该 N- 乙烯基吡咯烷酮②进入萃取精馏塔， 控制塔顶温度在 212.5 ～ 213.5℃； 萃取剂在原料上方 NS 位置进料， 塔顶为 99％以上的 N- 甲基吡咯烷酮④ ； 该萃取精馏塔塔釜混合液经再生塔处理， 再生塔顶分别馏出馏分⑦、 馏分⑧和馏分⑨ ； 馏分 ⑦送至萃取精馏塔作为原料， 馏分⑧为 99.6％ N- 乙烯基吡咯烷酮成品， 馏分⑨去侧线精馏 塔， 作为原料 ； 再生塔底处理后溶剂送至馏分⑤循环使用。
13％的 N- 甲基吡咯烷酮和 86％的 N- 乙烯基吡咯烷酮混合物经萃取精馏后， 可一 次得到 99％以上的 N- 甲基吡咯烷酮， 得率均达到 88％以上。
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。
表 1 分离过程工艺条件
5101851188 A CN 101851189说侧线精馏塔 T-1明书萃取装置精馏塔 T-2 202.2 ～ 203.5 再生塔 T-3 202.0 ～ 217.0 217.0 ～ 221.0 222.0 ～ 244.03/5 页工艺 参数 塔顶温度 (℃ )212.5 ～ 214.1塔底温度 (℃ ) 回流比 (R) 塔高 (m) 原料进料位置 (m) 侧线位置 (m) 萃取剂进料位置 (m)
253.0 ～ 256.0 4 12 6 9 /218.9 ～ 227.0 2～3 14.5 11.5 / 3～ 253.0 1～2 11 6 / /换 言 之， 以上方案中的工艺参数如下 ： 所 述 侧 线 精 馏 塔 塔 顶 温 度 212.5 ～ 214.1℃， 塔底温度 253.0 ～ 256.0℃， 回流比 4 ； 所述萃取塔塔底温度 218.9 ～ 227.0℃， 回 流比 2 ～ 3 ； 所述再生塔塔顶温度 202 ～ 244℃， 再生塔塔底温度～ 253.0℃， 回流比 1 ～ 2。
完成本申请第 2 个发明任务的方案是 ： 一种上述侧线精馏和萃取精馏集成分离 α- 吡咯烷酮、 N- 甲基吡咯烷酮和 N- 乙烯基吡咯烷酮的方法所使用的装置， 由侧线精馏塔、 萃取精馏塔及再生塔构成， 其特征在于， 所述萃取塔结构如下 ： 原料贮槽通过泵及玻璃转子 流量计接萃取精馏塔的中下部， 萃取精馏塔的塔釜设有塔釜取样器、 塔釜温度计、 电磁棒和 电热套 ； 精馏塔的塔顶设有冷凝器， 并设有塔顶取样器、 塔顶温度计和回流口 ； 塔中上部通 过玻璃转子流量计及泵， 与溶剂贮槽连接 ； 该萃取精馏塔的塔内设有填料 ； 塔外设有玻璃 纤维棉及夹套。
本发明提供一种侧线精馏和萃取精馏集成提取 α- 吡咯烷酮与乙炔反应产物中 N- 乙烯基吡咯烷酮的工艺， 国内外尚未见报道。 与传统工艺相比， 本发明的新方法工艺步骤 比较简单， 产品纯度高、 收率高， 萃取剂循环使用， 生产过程无废液排放， 能耗低。
附图说明 图 1 为侧线精馏与萃取精馏集成分离 α- 吡咯烷酮、 N- 甲基吡咯烷酮和 N- 乙烯 基吡咯烷酮的工艺流程图 ； E1 ～ E3 为冷凝器， R1 ～ R3 为再沸器， T1 ～ T3 分别为侧线精馏 塔、 萃取精馏塔和再生塔。
图 2 为萃取实验装置。
具体实施方式
实施例 1， 侧线精馏和萃取精馏集成工艺及实验装置分别参照图 1、 图 2， 其中 1 为原料贮槽， 2 为泵， 3 为玻璃转子流量计， 4 为塔釜取样器， 5 为电热套， 6 为塔釜， 7 为塔釜温 度计， 8 为溶剂贮槽， 9 为泵， 10 为玻璃转子流量计， 11 为玻璃纤维棉及夹套， 12 为填料， 13 为塔顶取样器， 14 为回流口， 15 为塔顶温度计， 16 为电磁棒， 17 为冷凝器。α- 吡咯烷酮、 N- 甲基吡咯烷酮和 N- 乙烯基吡咯烷酮混合液经 SP-6800 色谱仪分析， 组成见表 2 所示， 表 中组成均为质量含量。 原料液经侧线精馏后， 侧线精馏中部得到 85％左右的 α- 吡咯烷酮， 循环至乙炔化反应原料罐 ； 塔顶得到 99％的 N- 甲基吡咯烷酮和 N- 乙烯基吡咯烷酮混合 物， 99％的 N- 甲基吡咯烷酮和 N- 乙烯基吡咯烷酮混合物用环丁砜和甘油溶剂 ( 萃取剂 ) 萃取分离， 塔顶得 99％以上的 N- 甲基吡咯烷酮， 塔釜流出含萃取剂和 N- 乙烯基吡咯烷酮 混合物经再生塔处理， 根据 N- 甲基吡咯烷酮、 N- 乙烯基吡咯烷酮及萃取剂的沸点不同， 再 生塔塔顶分别得到少量的 37％ N- 甲基吡咯烷酮馏分、 99.5％以上的 N- 乙烯基吡咯烷酮产 品， N- 乙烯基吡咯烷酮得率可达 95.4％以上， 37％ N- 甲基吡咯烷酮馏分去萃取精馏塔原料 罐循环使用， 11％左右 α- 吡咯烷酮馏分去侧线精馏塔作为原料 ； 底部得到萃取剂， 萃取剂 循环使用。过程无废 N- 乙烯基吡咯烷酮排放。萃取实验在常压下进行， 塔内径为 22mm， 内 装 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， 塔顶产品出料及原料、 溶剂、 进料均用玻璃转子流量计计量， 塔顶回流用电磁棒调节， 塔釜用真空泵抽出， 塔底组成见表 2 所示， 塔底流出液送至溶剂再生塔， 再生塔操作条件如 表 1 所示， 溶剂经脱 N- 乙烯基吡咯烷酮后循环使用， 再生塔处理后， 塔顶、 塔底组成见表 2 所示， 塔顶 37％左右 N- 甲基吡咯烷酮送至萃取精馏塔作原料， 11％ α- 吡咯烷酮溶液送至 侧线精馏塔， 作为原料。
表 2 侧线精馏和萃取精馏集成分离结果
实施例 2， 与实施例 1 基本相同， 但有以下改变 ： 步骤 (1) 的含环丁砜和甘油混合溶剂 ( 萃取剂 ) 的进料质量比例为 1 ∶ 1.5 ；所述的环丁砜和甘油混合溶剂中， 环丁砜和甘油的容积比为 1 ∶ 1。 实施例 3， 与实施例 1 基本相同， 但有以下改变 ： 步骤 (1) 的含环丁砜和甘油混合溶剂 ( 萃取剂 ) 的进料量比例为 1 ∶ 0.5。