溴代烷烴(如溴乙烷、溴丙烷、溴丁烷)是醫(yī)藥、農(nóng)藥合成中的中間體。其合成過程中,原料醇類往往無法完全轉(zhuǎn)化,殘留的醇會與產(chǎn)品溴代烷烴及水形成共沸物,這使得通過常規(guī)精餾手段難以獲得高純度產(chǎn)品(例如≥99.5%)。傳統(tǒng)工藝嘗試直接精餾或簡單洗滌,但存在產(chǎn)品純度徘徊于共沸組成、高純產(chǎn)品收率低(通常在 90% 左右)、且后續(xù)需用分子篩干燥脫水產(chǎn)生固廢,堿洗后產(chǎn)生含鹽廢水等問題。
創(chuàng)新的核心思路在于 “先萃取,后精制”,將分離提純的重點前移。該工藝利用氫溴酸能有效溶解醇類的特性,將其作為核心萃取劑,從反應液中移除共沸雜質(zhì)(醇),從而打破共沸限制,為后續(xù)獲得高純度溴代烷烴奠定基礎。
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在此連續(xù)精餾工藝中,氫溴酸扮演了 “清道夫” 和 “循環(huán)載體” 的雙重角色。整個純化流程始于一套系統(tǒng)的三級萃取裝置:
這是工藝的關鍵步驟。根據(jù)氫溴酸與溴代烷烴的密度差異(通常氫溴酸密度更大),兩者在萃取塔內(nèi)逆流接觸。高濃度(≥20%,優(yōu)選 50%)的氫溴酸從塔上部進入,溴代烷烴反應液(溴代烷烴含量≥80%)從塔下部進入。在轉(zhuǎn)盤或填料等裝置強化傳質(zhì)下,氫溴酸選擇性地萃取反應液中的殘留醇類。之后,利用兩者不相溶且密度差在分液腔室中自然分層,提純后的溴代烷烴相(輕相)被導出進入下一工序,而負載了醇類的氫溴酸相(重相)則被送往回收系統(tǒng)。此步驟在常溫常壓下進行,去除了主要醇類雜質(zhì)。
來自上一步的溴代烷烴中仍可能含有微量溶解的氫溴酸和醇。工藝采用水進行逆流洗滌,進一步萃取這些雜質(zhì),生成酸性廢水。溴代烷烴得到進一步凈化。
為去除酸性痕跡,使用稀堿液(如≥5% 的碳酸氫鈉溶液)對溴代烷烴進行洗滌。其中殘余的微量氫溴酸與堿反應生成溴化鹽(如溴化鈉),并溶于水相中分離。至此,經(jīng)過三級萃取后的溴代烷烴已除去絕大部分醇和酸,成為適于精制的 “粗品”。
本工藝的突出優(yōu)勢在于幾乎實現(xiàn)了所有物料的內(nèi)部循環(huán),氫溴酸是此循環(huán)的關鍵樞紐:
水洗塔產(chǎn)生的酸性廢水(內(nèi)含來自氫溴酸萃取塔的醇和少量 HBr)被送入濃縮塔。通過精餾控制,可將廢水中的醇 - 水共沸物分離回收,作為合成原料回用。塔釜則得到濃縮再生的氫溴酸,其濃度可恢復至約 50%,通過泵輸送回氫溴酸萃取塔重新用于萃取,形成了氫溴酸的閉合循環(huán),從源頭上避免了含酸廢水的排放。
堿洗塔產(chǎn)生的含溴化鹽(如 NaBr)溶液,被導入濃縮結晶器,結晶出高純度的溴化鹽固體作為副產(chǎn)品外售,結晶母液(水)則返回水洗塔套用,實現(xiàn)了廢水的零排放。
經(jīng)過三級萃取凈化的溴代烷烴粗品,進入精餾工段。根據(jù)產(chǎn)品要求,可采用 “脫輕 - 精制” 雙塔流程或集成的單塔流程。
在雙塔流程中脫輕塔通過共沸精餾進一步脫除微量的水(與殘余醇形成共沸物從塔頂采出,采出液可回用于水洗塔),塔釜物料再進入精制塔,在塔頂或側(cè)線采出高純度的溴代烷烴產(chǎn)品。
整個精制過程在溫和條件下(壓力常壓~0.1MPaG,溫度依產(chǎn)品不同在 80-120℃)進行,采用規(guī)整填料,確保分離效率。
該以氫溴酸為核心媒介的連續(xù)精餾工藝,實現(xiàn)了多重技術突破:
產(chǎn)品純度與收率表現(xiàn)良好:通過氫溴酸前置萃取移醇,打破了共沸限制,使溴代烷烴產(chǎn)品純度穩(wěn)定達到 99.5% 以上,且產(chǎn)品收率提升至 95%-98%。
氫溴酸循環(huán)使用:氫溴酸作為萃取劑被系統(tǒng)再生并循環(huán)使用,降低了新鮮酸耗量,體現(xiàn)了原子經(jīng)濟性。
過程清潔化:工藝水在多處套用,含鹽廢水被轉(zhuǎn)化為溴化鹽產(chǎn)品,實現(xiàn)了工藝廢水的近零排放。同時,因水分已在萃取和共沸脫輕過程中被有效脫除,產(chǎn)品無需額外的分子篩干燥,避免了固廢產(chǎn)生。
連續(xù)化與處理能力強:全套設備實現(xiàn)連續(xù)操作,處理能力大,采用轉(zhuǎn)盤萃取塔等設備,傳質(zhì)效率較好,設備尺寸緊湊。
綜上所述,通過將氫溴酸作為可再生的核心萃取劑集成于連續(xù)精餾流程中,解決了溴代烷烴高純化難題,構建了一個資源循環(huán)、環(huán)境友好的化工過程范例,為類似共沸體系的分離提純提供了技術思路。