本发明涉及化工精馏领域，具体地，涉及一种共沸精馏分离装置和正己醇共沸精馏分离方法及其应用。
背景技术：
正己醇是常用的溶剂和分析试剂，也用于医药工业制取防腐剂和安眠药。该产品是我国gb2760-86规定为允许使用的食用香料，主要用于配制椰子和浆果类香精。正己醇为无色透明液体，其沸点为157.2℃，相对密度为0.813g/cm3，溶于乙醇、乙醚、丙酮、苯和氯仿，不溶于水，25℃时在水中的溶解度为6g/l。正己醇和水形成的二元共沸混合物的恒沸点为97.8℃，该二元共沸混合物的沸点与水的沸点比较接近，使用普通精馏会将该共沸物重新回流到精馏塔的顶部，如此重复回流共沸物，不仅对精馏塔的塔板数要求很高，对塔的能耗要求也很大，且会损失部分所需产品，故该二元共沸混合物对精馏塔分离精度要求比较高。常规的共沸精馏过程中需要使用共沸剂，例如使用苯等共沸剂，该工艺能耗大，且苯对人体危害和环境污染均较为严重。根据该二元共沸混合物的特殊性，需设计针对该二元共沸混合物的分相精馏装置和共沸精馏方法。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种共沸精馏分离装置，该装置通过自身的结构设计能够达到自动控制液位的要求，液位控制方便、操作简单，而且能够节省能耗。
本发明的第二个目的是提供一种共沸精馏分离方法，该方法不使用共沸剂，操作简单，而且能够节省能耗。
为了实现上述目的，本发明的第一个方面是提供了一种共沸精馏分离装置，该装置包括塔釜、蒸馏塔和冷凝分相单元，冷凝分相单元包括冷凝管和分相部，所述分相部连接于所述冷凝管的下方；其中，所述蒸馏塔的顶部设置有用于将蒸馏塔的顶部导出的物料导入到所述冷凝管底部的物料导入管，所述分相部设置有将在分相部进行了分相的轻组分溢流到所述蒸馏塔的回流管。
本发明的第二个方面是提供了一种正己醇的共沸精馏分离方法，该方法采用上述的共沸精馏分离装置进行，其中，塔顶操作温度为70-150℃，塔釜内部液体的温度为150-260℃，回流比为0.1-20。
优选地，所述共沸精馏分离过程中不使用共沸剂。
本发明的第三个方面是通过了上述共沸精馏分离装置或共沸精馏分离方法在正己醇连续共沸精馏中的应用。
通过上述技术方案，蒸馏塔连接有冷凝分相单元，该冷凝分相单元集冷凝、分相、回流为一体，通过该冷凝分相单元，把高纯度的轻组分回流到塔顶，并将重组分采出，就会在塔顶也形成更高纯度的轻组分，随着精馏的进行，不断将重组分通过塔顶采出，并从塔釜采出合格的轻组分，该装置仅通过自身的结构设计，就能够达到自动控制液位的要求，在不加入共沸剂的情况下，能够将正己醇和水形成的二元共沸混合物分离，针对性强，工艺简单，能耗低，纯化效果好，回收的正己醇可以作为原料再次利用。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的共沸精馏分离装置的结构图。
附图标记说明
1、塔釜2、蒸馏塔
3、冷凝分相单元31、冷凝管
32、分相部33、物料导入管
34、回流管35、第一产品罐
36、回流采出口11、溢流管
12、第二产品罐21、进料口
22、采样口41、第一塔釜加热控制单元
42、第二塔釜加热控制单元43、提馏温度控制单元
44、精馏温度控制单元45、冷凝控制单元
46、液位控制单元
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指附图的上方和下方。
本发明提供的共沸精馏分离装置，如图1所示，该装置包括塔釜1、蒸馏塔2和冷凝分相单元3，所述冷凝分相单元3包括冷凝管31和分相部32，所述分相部32连接于所述冷凝管31的下方；其中，所述蒸馏塔2的顶部设置有用于将蒸馏塔2的顶部导出的物料导入到所述冷凝管31底部的物料导入管33，所述分相部32设置有将在分相部32进行了分相的轻组分溢流到所述蒸馏塔2的回流管34。
在本发明中，所述冷凝分相单元3用于将所述蒸馏塔2顶部导出的物料冷凝、分相，所述物料导入管33用于将物料导入所述冷凝分相单元3，所述回流管34用于将分相后得到的轻组分溢流到所述蒸馏塔2，通过所述物料导入管33和所述回流管34的设置，所述冷凝分相单元3与所述蒸馏塔2间形成循环通路，从而实现物料的连续精馏。
在本发明中，所述冷凝分相单元3中的冷凝管31没有特别的限定，可以为本领域常规使用的各种冷凝管31，所述冷凝管31中可以根据需要通入冷凝介质，例如可以为冷凝水或其它冷凝介质，从而使物料的温度降低并冷凝。
根据本发明的一个优选的实施方式，在所述冷凝分相单元3中，所述分相部32形成为u形管状结构，且与所述冷凝管31一体形成。通过所述物料导入管33导入的物料在所述冷凝管31中被冷凝后，从u形管状结构的一端(物料进入端)进入所述分相部32，并在u形管状结构中进行分相，随着精馏的连续进行，重组分从u形管状结构的另一端(物料排出端)排出，进入第一产品罐35中储存，而轻组分通过回流管34导入到所述蒸馏塔2进行进一步的蒸馏。可以理解的是，所述物料导入管33设置的位置高于所述回流管34，分相过程中的液面位于所述回流管34在分相部32的开口的下方。
优选地，为了便于分相过程中的液面控制，所述分相部32的物料进入端形成为直径大于物料排出端的管状结构。通过设置上述分相部32结构，可以更加便于在连续共沸蒸馏过程中控制分相的液面，提高产品纯度。
根据本发明，所述冷凝分相单元3分相完成后的轻组分也可以在分相部32的回流采出口36处采出。
在本发明中，所述蒸馏塔2可以为板式塔或填料塔，优选为填料塔。所述填料塔中的填料没有特别的限定，可以采用本领域常规使用的各种填料，优选为θ环填料，更优选为3*3mm的θ环填料。通过使用上述填料，该蒸馏塔2可以更加有利于高纯度液体分离，从而提高精馏的效果。选用3*3mm的θ环填料时，该填料的理论塔板等效高度(hetp)约为20-26板/m。
优选地，所述蒸馏塔2的塔身的外表面设置有保温材料(例如为透明半导体膜)。通过采用半导体镀膜技术，在塔身玻璃的外表面镀上一层半导体膜，用于塔节的加热保温，该膜是透明的，可以便于观察塔节的内部情况。
根据本发明的一个优选的实施方式，所述蒸馏塔2的塔身(塔身高度例如可以为1400mm)不同高度设置有多个进料口21。所述进料口21的数量可以为2个以上，优选为3-14个，更优选为4-8个(两个之间的设置距离可以为80mm以上，优选为100-150mm)。所述进料口21可以也可以用于采样，即作为采样口22。在一次特定的精馏过程中，所述进料口21的位置可以根据实验条件的不同具体地选择，通过在不同高度的进料口处进料和采样，从而对应蒸馏塔2不同长度的精馏段和提馏段，满足不同精馏过程的需求，扩宽所述蒸馏塔2的使用范围。
在本发明中，所述塔釜1的结构没有特别的限定，可以采用本领域常规使用的各种塔釜，能够实现加热物料的效果即可。根据本发明的一个优选的实施方式，所述塔釜1为双层真空硬质玻璃材质，具有耐高温、不易爆裂特性。所述塔釜1通过双层高真空结构实现保温，并且在塔釜1的底部选用使用硬质玻璃材质，具有耐高温、不易爆裂的特性，设计上采用：①双层高真空保温；②塔釜的底部设计制作了具有防爆沸磨砂结构，该结构能够很好的防止爆沸，且使液体塔釜液体受热均匀，有利于塔釜液体温度控制和液位控制；③从塔釜的内部引出塔釜出料口，通过该出料口可以很好的控制塔釜液位，有利于连续精馏操作，且这种出料方式由液位自动调节，节省能耗。通过上述塔釜1，可以很好的防止爆沸，且使液体塔釜1液体受热均匀，有利于塔釜1液体温度控制和液位控制。
所述塔釜1的加热方式为夹套或平底电加热式，优选平底电加热方式。通过上述精馏过程，所述轻组分可以从塔釜1采出，具体地，可以采用人工间歇采出的方式，也可以设置溢流管11，使轻组分的液面到达一定高度后通过溢流方式排出。优选地，所述塔釜内设置有u形溢流管11，所述溢流管11与第二产品罐12相连。通过设置所述溢流管11，可以将在塔釜1内部的轻组分引出到第二产品罐12，通过该溢流管11可以很好的控制塔釜1的液位，有利于连续精馏操作，且这种出料方式由液位自动调节，节省能耗。
在本发明中，该共沸精馏分离装置还包含控制单元，例如第一塔釜加热控制单元41、第二塔釜加热控制单元42、提馏温度控制单元43、精馏温度控制单元44、冷凝控制单元45、液位控制单元46、回流比控制单元和进料控制单元等，控制单元具体的设置和调节方式可以采用本领域常规的方式。
本发明还提供了一种正己醇的共沸精馏分离方法，该方法采用上述的共沸精馏分离装置进行，其中，所述回流比为0.1-20，塔顶操作温度为70-150℃，塔釜内部液体的温度为150-260℃。
在本发明中，上述温度和回流比通过塔釜加热控制单元、回流比控制单元、进料控制单元等控制单元共同控制完成。在精馏过程中，所述冷凝分相单元与回流比控制单元相互配合，可以精确调节精馏过程的回流比，从而实现高效率的精馏。
根据本发明，通过使用上述共沸精馏分离装置，所述共沸精馏分离过程中不使用共沸剂。
优选地，进料流量为3-20ml/min。
在本发明中，共沸精馏分离前正己醇的含量可以为80-95质量％，其中可以含水5-10质量％，也可以含有其它醇、醚、烷烃、芳烃等。
本发明提供的上述方法既可用于含水正己醇的精馏，也可用于生产高纯度的正己醇，还可用于分离醇、醚、轻烃、芳烃等不同体系的精馏，具有分离效率高、操作简单等优点。
本发明还提供了上述共沸精馏分离装置或共沸精馏分离方法在正己醇连续共沸精馏中的应用，优选为在含水正己醇的连续共沸精馏中的应用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，水分含量通过yt-1113d全自动微量水分测定仪，测试步骤和条件如下：
1.仪器校准
1.1按“样品测量”，仪器界面显示“调整零点”“正在测试空白电流”。
1.2空白测试完成后，待发出“嘀”的声响后，用0.5μl的进样器，取0.5μl蒸馏水，注入电解池内，仪器开始电解，直到听到“嘀”的一声后，电解完成，界面显示含水量，读数显示为“含水量：xxxμg”
注：a.一般0.5μl蒸馏水测定含水量为500±50μg为正常范围
b.取样过程要选准注射器，核对取样器体积是否正确
c.取样后，观察针管内是否有气泡，如有气泡，需重新取样
d.进样时，先用滤纸檫干针头，针头应处于电解液面以下，方能进样
2.样品测量
2.1仪器校准后，按“重做”按钮，仪器界面显示“调整零点”“正在测试空白电流”，空白测试完成后，待发出“嘀”的声响后，用10.0μl的进样器，取vμl样品，注入电解池内，仪器开始电解，直到听到“嘀”的一声后，电解完成，界面显示含水量，读数显示为“含水量：xxxμg”，记为m。
2.2结果计算。样品含水率为p(mg/l)
式中：p------含水率，单位mg/l；m------含水量数值，单位μg；
v------进样体积数值，单位μl。
gc-ms分析采用气相色谱-ms质谱仪(型号：saturn2000gc-ms，美国varian公司)进行。
实施例1
使用如图1所示的共沸精馏分离装置进行含水正己醇的连续共沸蒸馏，该共沸精馏分离装置包括塔釜1、蒸馏塔2、冷凝分相单元3、塔釜加热控制单元、回流比控制单元和进料控制单元。
其中，塔釜1内设置有溢流管11，溢流管11与第二产品罐12相连，塔釜1为双层真空硬质玻璃材质，采用平底电加热方式加热，塔釜1的加热通过塔釜加热控制单元控制。
蒸馏塔2的塔身上设置有5个进料口21和1个设置于靠近塔身底部的采样口22，选择位于蒸馏塔2中间位置的进料口21进行采样，蒸馏塔2的塔身的外表面设置有透明半导体膜，蒸馏塔2为填料塔，使用3*3mm的θ环填料，填料的理论塔板等效高度(hetp)约为20-26板/m，通过进料口21的进料过程通过进料控制单元控制，进料控制单元包括进料泵。
冷凝分相单元3包括冷凝管31和分相部32，分相部32形成为u形管状结构，且与冷凝管31一体形成，分相部32的物料进入端的管径为物料排出端的1.6倍，蒸馏塔2的顶部设置有用于将蒸馏塔2的顶部导出的物料导入到冷凝管31底部的物料导入管33，分相部32设置有将在分相部32进行了分相的轻组分溢流到蒸馏塔2的回流管34。分相部32的物料排出端与第一产品罐35相连，物料也可由设置有分相部32上部的回流采出口36采出。
共沸精馏分离装置的冷凝回流过程通过回流比控制单元控制。
其具体的操作步骤如下：
将含水正己醇原料由进料泵以10ml/min入到塔釜中，在常压条件下进连续精馏，加热塔釜1使塔釜内的温度以每小时50℃的升温速率升温至260℃。当塔釜1加热温度达到240℃，塔釜内温度达到101℃时冷凝分相单元3开始收集液体，当塔釜1内温度达到110℃时开始有回流，保持回流比为3:1状态30分钟，并且当塔釜1内温度达到140℃后开始进料，进料流量为5ml/min，进料1小时后开始从第二产品罐12采样。分析样品的水含量，其结果如表1所示。
实施例2
采样与实施例相同的装置和方法进行含水正己醇的连续共沸蒸馏，不同的是，进料流量为10ml/min。
进料1小时后开始从第二产品罐12采样。分析样品的水含量，其结果如表1所示。
实施例3
采样与实施例相同的装置和方法进行含水正己醇的连续共沸整理，不同的是，进料流量为20ml/min。
实施例4
进料30min后开始从回流采出口36采样。分析样品的水含量，其结果如表1所示。
表1
由表1的结果可知，通过本发明提供的方法连续共沸精馏含水正己醇后其水含量均为0.14wt％以下，在不使用共沸剂的条件下，即可方便地完成正己醇的提纯。尤其当进料流量为10ml/min时，含水正己醇经过连续共沸精馏后水含量仅为0.005wt％。
实施例6
采样与实施例相同的装置进行碳六醇的连续共沸蒸馏。
在塔釜内加入碳六醇约600ml，开始升温，加热塔釜使塔釜内的温度温度以每小时50℃的升温速率升温至260℃，塔釜内温度达到148℃，精馏段温度达到112℃时冷凝分相单元开始收集液体，将塔节温度调至140℃，塔釜内温度达到158℃时开始有回流，此时在回流采出口36处采样(即s-1批)，回流30min后在回流采出处采样(即s-2批)，精馏完成后采出塔釜内碳六醇样品(即s-3批)。
采用gc-ms分析各样品的组成，其结果如表2所示。
表2
由表2的结果可知，通过本发明的方法可以有效提纯碳六醇，最终得到的正己醇含量为93wt％以上。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。