一种无水乙醇的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种无水乙醇制备方法，用高分子吸水树脂与体积浓度大于95％的乙醇溶液混合，高分子吸水树脂与乙醇的质量比为1∶6-1∶2，在40℃-70℃恒温30min-150min后，过滤出高分子吸水树脂经再生使用，得到滤出液为乙醇体积浓度99.5％以上的无水乙醇，本发明专利技术的方法可以大量削减乙醇浓缩制备无水乙醇过程的能耗和废水排放量，并且设备简单，操作流程短，处理成本低。同时高分子吸水树脂可以再生，再生方法简单易行，可反复使用多次，适用于处理易溶于水的甲醇，乙醇，丙酮等各种有机废液的进一步浓缩回用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，可以大量削减乙醇浓缩生产无水乙醇过程中的二氧化碳和废水排放，属于乙醇生产的节能减排工艺。
技术介绍
乙醇极易溶于水，是典型的难于与水分离的有机溶剂，一般将发酵液中的乙醇制成含水量很少的无水乙醇(乙醇体积浓度大于99. 5% )要占据整个乙醇生产过程中能耗的50% 80%，而其中大部分能耗都发生在85%的乙醇的进一步浓缩上。又因乙醇-水物系存在最低恒沸点，采用普通方法精馏所制得的乙醇，其乙醇体积浓度一般不会大于 95. 57%。用较高浓度的乙醇浓缩制备无水乙醇，传统的方法主要采用共沸精馏法。覃锐兵在“食用酒精加苯共沸塔板精馏制取试剂级无水乙醇”中(四川有色金属杂志，1998年第三期，28-33)公开了以乙醇体积浓度为96. 8%的食用酒精为基础，加苯共沸塔板精馏制取试剂级无水乙醇，得到的乙醇浓度在99%以上，虽然得到的无水乙醇产品质量稳定、 可靠、操作方便，自动化程度高，但该方法生产Ikg无水酒精的能耗为2. 2kWh，相当于排放 2. 1934kg的二氧化碳，耗水量为500Kg，能耗及水耗量大。无锡轻工业学院出版的酒精工艺学一书中介绍，采用苯恒沸精馏法时，每生产80kg无水乙醇，消耗175kg蒸汽370kg水。 E. L. Ligero 等人在 Chem ical Engineering and Processing(2003, (42) :543-552)) _t ^ Dehydration of ethanol with salt Extractive distilIation-acom parative betweenprocess with salt recovery中对无水乙醇的萃取精馏进行了计算机模拟和计算，该方法是用乙二醇为溶剂来萃取出乙醇中的水分而获得无水乙醇，它的优点是产品质量高，适用于大规模生产，乙二醇沸点高，不易挥发，损耗少，但乙二醇作萃取的溶剂比大， 通常为4 1(溶剂与进料之比)，同时能耗较大，板效率低。总之，传统的共沸精馏虽然技术成熟，但是能耗、水耗较高，相应的带来二氧化碳的排放量大，且在夹带剂操作不当时会引起环境污染。有报道用PVbervaporation)透水膜材料来过滤浓缩乙醇，可以制备出99. 8%以上的乙醇，该透水膜是由高分子吸水树脂制成专用的带有亲水基团的交联膜，该方法虽然改变了传统的精馏法制备无水乙醇工艺，降低了该工艺本身的能耗，但是由于高分子吸水性树脂透水膜制备工艺复杂，大大增加了附加能量耗费，综合成本昂贵。而由于高分子吸水树脂在高浓度的乙醇中不易溶胀，因此一般无法直接用于吸收高浓度乙醇中的水分。
技术实现思路
本专利技术提出一种制备无水乙醇的方法，解决了高分子吸水树脂在高浓度乙醇中的溶胀问题，从而直接用高分子吸水树脂浓缩乙醇，可以大量削减乙醇浓缩制备无水乙醇工艺的能耗和废水排放量，实现节能减排并且工艺设备简单，流程短，处理成本低。本专利技术提供的无水乙醇的制备方法，通过控制合适的溶胀吸水工艺条件，使高分子吸水树脂在高浓度的乙醇中溶胀，直接吸收其中的水分，分离制备无水乙醇，主要技术方案是用高分子吸水树脂与体积浓度大于95%的乙醇混合，高分子吸水树脂与乙醇的质量比为1 6-1 2，在40°C-70°C温度下，恒温30min-150min使高分子吸水树脂溶胀吸水， 然后过滤出高分子吸水树脂，经再生后循环使用，测定滤出液乙醇的体积浓度，得到大于 99. 5%的无水乙醇。本专利技术的方法中，所用的高分子吸水树脂可以选用市售的高分子吸水树脂，如聚丙烯酰胺、聚丙烯晴、聚丙烯酸盐、聚乙烯醇或聚氧化乙烯等高分子吸水树脂，优选聚丙烯酸盐类高分子吸水树脂(市售)。本专利技术最优选的高分子吸水树脂是聚丙烯酸铵-丙烯酰胺。该高分子吸水树脂可以用本领域公知的水溶液法共聚合成，首先将一定量的丙烯酸，在冷却和搅拌下滴加氨水， 制得丙烯酸铵单体溶液。将丙烯酸铵单体溶液和一定量的丙烯酰胺及去离子水置于反应器中，在反应温度下依次加入PH调节剂(NaOH)、交联剂(N，N亚甲基双丙烯酰胺)和引发剂 (NaHSO3和(NH)4S2O8),反应液中以质量百分数计，交联剂用量为0.01% 10% ；引发剂用量分别为0. 5%;调节NaOH用量至反应液的pH在9 10 ；单体(丙烯酸铵和丙烯酰胺)总质量分数为20% 30%，其中丙烯酸铵占单体总质量的60% 80%;其余为去离子水；用氮气排除反应系统内的氧气。在聚合温度下反应一定时间，完成聚合过程后，聚合产物经过干燥粉碎，即得到聚丙烯酸铵-丙烯酰胺，吸水率为1600g/g。上述水溶液聚合法的反应聚合温度和条件控制常规的方法进行设计控制。本专利技术的方法中，因高分子吸水树脂在高浓度的乙醇中难以溶胀，若要将乙醇中的少量的水除去，必须要提供高分子吸水树脂与水充分接触的机会，因此本专利技术的关键需要控制工艺条件，其中所述的高分子吸水树脂与乙醇的质量比需要控制在适当范围，当质量比小于 1 6时，高分子吸水树脂很难吸收完全乙醇中的水，当质量比大于1 2时，树脂用量太大，经济性不好，其次在分离时高分子吸水树脂表面会粘附较多乙醇，影响效果，优选的质量比范围在1 3-1 2之间。所述的高分子吸水树脂溶胀温度需要在限定范围，当温度低于30°C时，无论高分子吸水树脂与乙醇用量比如何变化，所得到的乙醇浓度都基本没有变化。这主要是由于温度低时，高分子吸水树脂处于高浓度的乙醇的环境中，无法溶胀，而温度高于70°C时，乙醇绝大部分变成蒸汽，夹带部分水变成蒸汽，因而分离效果不好。本专利技术优选的温度范围为 400C -50C。所述的高分子吸水树脂吸水时间需要在限定的范围，根据高分子吸水树脂的离子网络理论，高分子吸水树脂的吸附需要一定的过程，首先是亲水基团与水分子形成氢键，然后电离为阴阳离子，随离解过程的进行，离子之间的静电斥力使得树脂溶胀。与此同时，网络内外的渗透压随之增大，使水分子进一步进入高分子吸水树脂，但是，随着吸水膨胀，其三维交联网络结构扩张也产生相应的弹性收缩力，并且吸水量的增大，使树脂内外的渗透压差渐渐趋近于零，弹性收缩力逐渐增大，当弹性收缩力与阴离子的静电斥力相等时，高吸水树脂达到吸水平衡，据此本专利技术优选的时间范围是30min-120min。将上述三个条件通过最优化的组合，使高分子吸水树脂与乙醇中的水有充分的接触，从而制备出体积浓度大于99. 5%的无水乙醇。本专利技术的方法中，过滤出的高分子吸水树脂再生方法是将滤出的吸水后的高分子吸水树脂，在浓度为10% -20%盐水中，常温处理lOmin-eOmin，然后用筛网滤出，烘干或直接再次使用，此时的高分子吸水树脂已经基本恢复到了吸水前的状态，此再生方法非常彻底，与普通的再生方法相比有极大地优势。本专利技术的效果本专利技术首创实现了用高分子吸水树脂直接分离难于与水分离的乙醇浓缩溶液中的乙醇和水，生产出浓度99. 5%以上的无水乙醇，而生产IKg无水乙醇水耗为3. lKg，能耗为1. 3KWh，相当于排放1. 二氧化碳。与传统的精馏法相比，大量削减了二氧化碳和废水排放量，具有显著的节能减排效果；而且本专利技术方法简单，在制备无水乙醇过程中，温度要求较低，适用性强，操作流程短，设备简单，处理效率高，生产成本低，高分子吸水树脂是市售本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种无水乙醇的制备方法，其特征在于，用高分子吸水树脂与体积浓度大于９５％的乙醇混合，高分子吸水树脂与乙醇的质量比为１∶６－１∶２，在４０℃－７０℃温度下，恒温３０ｍｉｎ－１５０ｍｉｎ使高分子吸水树脂溶胀吸水，然后过滤出高分子吸水树脂，经再生后循环使用，滤出液为体积浓度大于９９．５％的无水乙醇。

【技术特征摘要】
1.一种无水乙醇的制备方法，其特征在于，用高分子吸水树脂与体积浓度大于95% 的乙醇混合，高分子吸水树脂与乙醇的质量比为1 6-1 2，在40°C-70°C温度下，恒温 30min-150min使高分子吸水树脂溶胀吸水，然后过滤出高分子吸水树脂，经再生后循环使用，滤出液为体积浓度大于99. 5 %的无水乙醇。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所用的高分子吸水树脂是聚丙烯酸Τττ . ο3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所用的高分子吸水树脂是聚丙烯酸铵-丙烯酰胺。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏刚，关琳琳，张雯，乔宁，梁静，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：11