[发明专利]一种热泵精馏分离异戊醇同分异构体的工艺及装置

说明书

技术领域

本发明属于化工分离及节能改造技术领域，具体涉及一种热泵精馏分离异戊醇同分异构体的工艺及装置。 

背景技术

杂醇油是发酵法生产酒精的副产物。我国发酵酒精产量约600万吨，其中杂醇油占0.3％。异戊醇又名3-甲基丁醇，与其同分异构体2-甲基丁醇(俗称光学异戊醇)是构成杂醇油的主要成分。 

目前，国内多使用两种同分异构体的混合物，其质量分数约为2-甲基丁醇15％，3-甲基丁醇85％，用作香料的起始原料，也做进一步反应生成醛类、缩醛、酸类以及酯类等产品。其混合物生产相对容易，但附加值比较低。2-甲基丁醇以其特殊的手性结构成为合成手性液晶材料的重要中间体，目前国内高纯的2-甲基丁醇基本依赖进口，实现异戊醇同分异构的分离具有更大的附加值。 

异戊醇与其同分异构体2-甲基丁醇，常温下，均是无色、有不愉快气味的液体。微溶于水，可混溶于醇、醚等有机溶剂。两者沸点差仅为2.8℃，相对挥发度1.078，分子量、分子体积、极化度相同。异戊醇同分异构体高纯度分离难，耗能大。目前国内外分离异戊醇同分异构体主要采用精馏的方法：如普通精馏、共沸精馏(U.S.5,658,436、U.S.3,356,593、U.S.5,360,520)、萃取精馏(李肖华在《浙江工业大学学报》，1998，26(2)：104-107的“分离旋性戊醇与异戊醇萃取剂的选择”一文中有所说明)、精密精馏(CN100369875C、CN1181026C)等。 

异戊醇同分异构体2-甲基丁醇、3-甲基丁醇分离节能技术的应用较少，专利CN102010292将塔顶蒸汽的热能对原料进料进行预热，取得较好的分离效果，但并未对其节能效益进行阐述。 

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种热泵精馏分离异戊醇同分异构体的工艺及装置，该装置操作简单，安全可靠，高效节能。所述装置包括精馏塔、热泵、再沸器、驱动换热器、泵、阀门等，将精馏塔塔顶的气体经热泵压缩成为过热蒸汽，然后，作为塔底液体的热源与再沸器换热，换热后的过热蒸汽冷却为液体，部分液体经泵打回到塔顶高处作为回流， 部分液体作为塔顶出料。 

本发明的技术方案为：一种热泵精馏分离异戊醇同分异构体的工艺及装置，包括精馏塔、热泵、再沸器、缓冲罐、驱动换热器和回流泵，所述精馏塔设有塔顶汽相口和塔顶出料口，塔顶汽相口通过管道与热泵的入口密闭连接，再沸器设有壳程入口、壳程出口、管程入口和管程出口，所述壳程入口通过管道与热泵的出口密闭连接，所述再沸器管程入口通过管道与所述精馏塔的塔底密闭连接，管程出口通过管道与所述精馏塔下部汽相口连接，壳程出口与缓冲罐相连接，缓冲罐底部有液相出料口，液相出料口与回流泵的入口连接，回流泵的出口分两股物流，一股物流通过管道与精馏塔的塔顶回流口连接，一股物流作为塔顶出料。 

分离工艺为：驱动换热器在系统启动时为精馏塔提供热能，操作稳定后，启动热泵系统，驱动换热器转换为备用换热器，精馏塔塔顶蒸汽经热泵压缩后，出口蒸汽的压力、温度升高，升温升压后的蒸汽进入再沸器冷凝换热，换热后的蒸汽冷凝为液体，部分液体经回流泵回塔顶作为回流，部分作为塔顶出料；蒸汽在再沸器壳程中被冷凝的同时，由精馏塔塔底液相物料进入再沸器管程，管程液体被加热，部分汽化返回精馏塔，从而维持精馏过程的连续进行，部分由塔底出料口排出作为塔底产品。 

精馏塔还设有一个进料口和一个塔底出料口，进料口位置在精馏塔塔高的2/10-5/10，所述塔底出料口通过一个塔底出料控制阀门与精馏塔密闭连接。 

所述的热泵为有机蒸汽压缩机。 

进料口的进料的组分中，2-甲基丁醇含量按质量百分比占整个进料的5％-90％，精馏塔工作压力为0.01-0.05MPa，精馏塔回流比为50-70。 

3-甲基丁醇纯度在99.0％以上，回收率大于99％。 

2-甲基丁醇纯度在99.0％以上，回收率大于99％。 

再沸器为卧式换热器。 

本发明的有益效果为： 

1)本发明所需要的载热介质是现成的，在普通精馏异戊醇生产装置的基础上，增设一套热泵系统，省去塔顶冷凝器，将热泵、精馏塔、再沸器等设备组合在一起构成开放的热泵循环系统，通过消耗少量的电能，从较低温位的塔顶物料蒸汽取热，用于再沸器的供热，达到节能降耗的目的。 

2)本发明将塔顶气相经热泵压缩升压、升温，在塔底放热冷却，能够节省加热蒸汽和冷却水，提高精馏分离过程的用能效率。