二甲基乙酰胺廢液的分離方法

董 冰， 張寶龍

(陽(yáng)煤集團(tuán)太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400)

引 言

二甲基乙酰胺(DMAC)作為一種重要有機(jī)溶劑廣泛用于化工領(lǐng)域，對(duì)一些油類(lèi)物質(zhì)具有極強(qiáng)的溶解性，主要應(yīng)用于樹(shù)脂、橡膠、纖維合成，或者其他沸點(diǎn)比較接近的共沸物分離中。在實(shí)際生產(chǎn)中，有機(jī)溶劑常常會(huì)通過(guò)回收并循環(huán)利用來(lái)降低生產(chǎn)消耗。但是，在某些特殊情況線(xiàn)，有機(jī)溶劑的回收往往無(wú)法實(shí)現(xiàn)。由于缺乏有效的回收技術(shù)，一些化工廠(chǎng)只能將溶劑作為廢液集中外賣(mài)，這無(wú)形中增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本[1]。DMAC在環(huán)己醇酮裝置用于萃取分離苯、環(huán)己烯、環(huán)己烷的混合物系其純度尤為重要，當(dāng)冷卻器的列管故障，冷卻水就會(huì)進(jìn)入到DMAC中與其互溶改變了塔內(nèi)溶劑的沸點(diǎn)，使得各萃取分離塔升溫困難，系統(tǒng)中苯、環(huán)己烯、環(huán)己烷分離效果難以實(shí)現(xiàn)。隨著工業(yè)技術(shù)發(fā)展，尤其是化學(xué)工業(yè)，分離和提純技術(shù)已經(jīng)成為獲得合格產(chǎn)品的關(guān)鍵。在實(shí)際應(yīng)用中，處理互溶混合物的方法多種多樣，尤其將混合物通過(guò)精餾操作加以分離就是其中最常用的手段之一，但是此種回收過(guò)程中存在兩個(gè)問(wèn)題[2]。首先，在高溫下長(zhǎng)時(shí)間加熱容易分解為二甲胺和醋酸；其次，高溫分解后的二甲胺和醋酸對(duì)設(shè)備的腐蝕性大[3]。那么，探索一種有效的分離技術(shù)至關(guān)重要。為了降低沸點(diǎn)，避免其高溫易分解的現(xiàn)象，本文通過(guò)提出了一種減壓萃取的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)DMAC與水的分離。

1 DMAC的生產(chǎn)工藝

在探索DMAC與水分離的方法之前，有必要介紹一下現(xiàn)階段工業(yè)中主要存在的幾種生產(chǎn)DMAC的工藝路線(xiàn)。目前工業(yè)中生產(chǎn)DMAC的方法主要有三種：醋酐法、乙酰氯法和醋酸法。我國(guó)在20世紀(jì)70年代開(kāi)始生產(chǎn)DMAC，早期生產(chǎn)工藝大多采用前兩種方法，大部分企業(yè)經(jīng)通過(guò)技術(shù)改進(jìn)和創(chuàng)新，使用先進(jìn)的醋酸法生產(chǎn)DMAC。

1) 醋酐法

這種方法雖然工藝簡(jiǎn)單，能得到質(zhì)量較高的DMAC，但是其工藝流程較長(zhǎng)且生產(chǎn)成本高。

2) 乙酰氯法

該方法主要使用乙醚為溶劑，再生產(chǎn)過(guò)程中乙醚的回收利用較為困難。

3) 醋酸法

此方法是目前生產(chǎn)二甲基乙酰胺的主要方法。

在知道了DMAC的生產(chǎn)方法后，從其反應(yīng)方程中不難看出DMAC容易溶于水中，在實(shí)際生產(chǎn)中容易形成廢水，增加環(huán)境的凈化負(fù)擔(dān)，因此尋找DMAC與水分離的方法至關(guān)重要。

2 現(xiàn)階段DMAC水溶液的分離方法

2.1 萃取法

常壓下DMAC比水的沸點(diǎn)高很多，如果利用普通蒸餾的方法很難將其與水分離，即使分離開(kāi)也將消耗大量的能量，增加了生產(chǎn)成本。有文獻(xiàn)提出引入一種物質(zhì)來(lái)改變DMAC的沸點(diǎn)，利用萃取精餾的辦法將水與DMAC的溶液分離，進(jìn)而通過(guò)低溫閃蒸回收循環(huán)利用萃取劑，該工藝不僅完成了廢液的處理，更有效地對(duì)DMAC進(jìn)行回收，能耗也相對(duì)較低。通常采用的低沸點(diǎn)萃取劑主要有三氯甲烷，異丙醚，三氯乙稀，但由于三氯甲烷萃取效果最佳，因此工業(yè)中常采用其作為萃取劑。

2.2 間歇精餾法

由于DMAC和水的沸點(diǎn)相差較大，在精餾過(guò)程中需要消耗大量的熱源蒸出DMAC廢液中的水分，最后得到較純凈的DMAC，與萃取法相比間歇蒸餾更適合濃度超過(guò)30%的DMAC溶液，此方法耗時(shí)長(zhǎng)，能耗大。間歇精餾主要是通過(guò)以下步驟進(jìn)行DMAC和水的分離。

圖1 間歇精餾的流程圖

如圖1所示：首先DMAC和水的混合溶液在A蒸發(fā)罐內(nèi)通過(guò)加熱讓大部分水通過(guò)B冷卻后進(jìn)入C罐內(nèi)，其次在提高A蒸發(fā)罐的溫度使DMAC和水混合溶液進(jìn)過(guò)B冷卻后進(jìn)入D罐內(nèi)，最后在提高A蒸發(fā)罐的溫度使DMAC進(jìn)入到E罐內(nèi)，得到純凈的DMAC。

2.3 壓差熱耦合精餾法

前面兩種方法耗能大，時(shí)間長(zhǎng)，相比之下壓差熱耦合法可以大幅度降低體系的能耗[4]。

如圖2所示，此工藝將一個(gè)常規(guī)精餾塔的精餾段和提留段拆成兩個(gè)精餾塔，常壓塔B為精餾段，負(fù)壓塔E為提留段，在工藝運(yùn)行過(guò)程中為滿(mǎn)足每個(gè)塔的熱量平衡，塔E采用負(fù)壓操作，以降低塔底再沸器溫度。壓差熱耦合精餾法形成一個(gè)完整的熱循環(huán)，常壓塔B頂部的潛熱作為負(fù)壓塔E的熱源，充分利用的已有的熱量，是一種新節(jié)能型工藝，但是此種工藝存在DMAC回收不徹底，得到的DMAC存在純度低的缺陷。

圖2 壓差熱耦合精餾工藝圖

A:加熱器；B:常壓塔；C:冷卻器；D:再沸器；E:負(fù)壓塔；F:真空噴射泵

3 一種新工藝

通過(guò)比較萃取法、間歇精餾法和壓差熱耦合精餾法，筆者結(jié)合自己的工作經(jīng)驗(yàn)提出了一種減壓萃取的分離方法。

圖3 減壓萃取分離工藝圖

A:負(fù)壓塔；B:負(fù)壓塔；C:再沸器；D:真空噴射泵；E:冷卻器；

如圖3所示，DMAC和水的混合溶液從負(fù)壓塔A的底部進(jìn)入，三氯甲烷作為萃取劑從塔A頂部進(jìn)入，利用減壓萃取的方法將DMAC溶解到三氯甲烷內(nèi)，A塔頂部采出水，A塔底部的DMAC和三氯甲烷的混合溶液進(jìn)入負(fù)壓塔B進(jìn)行減壓蒸餾，DMAC和三氯甲烷的混合溶液的顯熱作為負(fù)壓塔B再沸器C2的熱源。負(fù)壓塔B頂部采出DMAC,B塔底部的三氯甲烷循環(huán)進(jìn)入A塔頂部進(jìn)行循環(huán)又作為A塔的萃取進(jìn)，此種方法可以利用低熱源，短時(shí)間連續(xù)分離DMAC與水的混合溶液，它克服了萃取法耗能，間歇萃取法的耗時(shí)，是一種環(huán)?？裳h(huán)利用的節(jié)能工藝，對(duì)工廠(chǎng)降低生產(chǎn)成本，降低能耗有重要的意義。

4 方案實(shí)施后的效果

改造方案實(shí)施前，企業(yè)內(nèi)部的DMAC廢液主要通過(guò)外賣(mài)的方式處理，無(wú)形中增加了企業(yè)的負(fù)擔(dān)，尤其是DMAC廢液中有分解的乙酸，乙酸在二甲胺存在的情況下加快了設(shè)備的腐蝕。通過(guò)此方案的改造后，DMAC廢液自行處理，得到的DMAC溶液重復(fù)利用，明顯降低了企業(yè)的生產(chǎn)消耗，消除了設(shè)備腐蝕的現(xiàn)象，是一種節(jié)能環(huán)保的工藝。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)DMAC與水溶液方法的對(duì)比與分析，并結(jié)合工廠(chǎng)的實(shí)際情況，提出了一種減壓萃取的工藝方案，此方案實(shí)施后可以有效分離DMAC廢液，同時(shí)對(duì)其他企業(yè)DMAC廢液的處理，降低企業(yè)生產(chǎn)成本有一定的參考價(jià)值。