本發(fā)明涉及N-乙烯基吡咯烷酮，尤其是涉及一種N-乙烯基吡咯烷酮生產(chǎn)過(guò)程中2-吡咯烷酮的回收方法。

背景技術(shù)：

N-乙烯基吡咯烷酮的聚合物廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、日用化學(xué)品、食品和分離膜的制備等眾多領(lǐng)域。工業(yè)上通常以2-吡咯烷酮與乙炔在催化劑吡咯烷酮鉀的作用下進(jìn)行乙烯化反應(yīng)以生產(chǎn)N-乙烯基吡咯烷酮。一般該反應(yīng)2-吡咯烷酮的轉(zhuǎn)化率為30％～65％，選擇性為85％～96％。從乙烯化反應(yīng)器出來(lái)的反應(yīng)混合物中除含有N-乙烯基吡咯烷酮和未反應(yīng)完全的2-吡咯烷酮外，還含有不揮發(fā)的催化劑吡咯烷酮鉀和少量副產(chǎn)物。通過(guò)真空精餾進(jìn)行分離和提純，可得到純度為99.7～99.9％的N-乙烯基吡咯烷酮(中國(guó)專(zhuān)利200810072061.3)。分離N-乙烯基吡咯烷酮后余下的物料主要成分為2-吡咯烷酮，其中還含有少量的N-乙烯基吡咯烷酮、不揮發(fā)的催化劑吡咯烷酮鉀和副產(chǎn)物。需要從該物料中回收2-吡咯烷酮以便循環(huán)回反應(yīng)器繼續(xù)與乙炔反應(yīng)生產(chǎn)N-乙烯基吡咯烷酮。工業(yè)上通常采用真空間歇精餾回收2-吡咯烷酮，但是由于在加熱過(guò)程中物料變得越來(lái)越粘稠，導(dǎo)致回收時(shí)間很長(zhǎng)，能耗較大而且回收不完全。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種N-乙烯基吡咯烷酮生產(chǎn)過(guò)程中2-吡咯烷酮的回收方法。

本發(fā)明采用塔釜帶有可通入加熱介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)的空心耙軸、耙桿和耙齒的真空間歇精餾裝置分離和回收2-吡咯烷酮；所述真空間歇精餾裝置包括帶有空心耙軸、耙桿和耙齒的塔釜及驅(qū)動(dòng)裝置、精餾塔、冷凝器、回流罐、第1接收罐、第2接收罐、真空緩沖罐和真空機(jī)組。

所述N-乙烯基吡咯烷酮生產(chǎn)過(guò)程中2-吡咯烷酮的回收方法包括下列步驟：

1)將分離N-乙烯基吡咯烷酮后余下的物料充入帶有可通入加熱介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)的空心耙軸、耙桿和耙齒的塔釜，開(kāi)啟真空機(jī)組；

2)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置使耙軸、耙桿和耙齒開(kāi)始旋轉(zhuǎn)攪拌，開(kāi)始加熱，精餾塔全回流操作，物料中的N-乙烯基吡咯烷酮在回流罐中富集，當(dāng)塔頂餾出物中N-乙烯基吡咯烷酮的含量不再繼續(xù)增加時(shí)，將回流罐中的液體全部放入第1接收罐；

3)調(diào)整塔釜溫度，精餾塔進(jìn)行全回流操作，當(dāng)塔頂餾出物中2-吡咯烷酮的質(zhì)量百分比含量達(dá)到99.5％以上時(shí)，調(diào)整回流比，開(kāi)始采出2-吡咯烷酮至第2接收罐。

在步驟1)中，所述帶有可通入加熱介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)的空心耙軸、耙桿和耙齒的塔釜是在塔釜中下部設(shè)有一旋轉(zhuǎn)耙軸并與驅(qū)動(dòng)裝置相連；塔釜筒體外設(shè)有加熱夾套，所述旋轉(zhuǎn)耙軸為空心軸，在空心軸上設(shè)置多組與空心軸垂直的空心耙桿，每組耙桿設(shè)有兩個(gè)耙桿，分別在空心軸的兩邊呈一字形，并與相鄰的另一組耙桿垂直；所述空心耙桿的頂端設(shè)置耙齒；所述耙齒為長(zhǎng)方體刮板，用于攪拌和刮離筒壁粘稠物料；所述空心軸和空心耙桿中設(shè)置中心管，空心軸中的中心管與空心耙桿中的中心管相連通，空心軸中的環(huán)隙與空心耙桿中的環(huán)隙相連通，可通入加熱介質(zhì)進(jìn)行加熱；所述分離N-乙烯基吡咯烷酮后余下的物料的主要成分為2-吡咯烷酮，其中還含有少量的N-乙烯基吡咯烷酮、不揮發(fā)的催化劑吡咯烷酮鉀和副產(chǎn)物；所述耙桿的長(zhǎng)度可為塔釜筒體直徑的五分之一～三分之一，每組耙桿之間的間距可為100～300mm；所述空心耙軸的轉(zhuǎn)速可為10～80r/min；所述加熱介質(zhì)可采用導(dǎo)熱油或蒸汽等。

在步驟2)中，所述精餾塔為填料塔，填料為不銹鋼絲網(wǎng)波紋規(guī)整填料或不銹鋼板網(wǎng)波紋規(guī)整填料。

在步驟3)中，所述調(diào)整塔釜溫度可為110～160℃，精餾塔的塔頂溫度可為80～110℃，精餾塔塔頂?shù)慕^對(duì)壓力可為400～2666Pa。

本發(fā)明在塔釜中設(shè)置的空心耙軸、耙桿和耙齒中可引入加熱介質(zhì)，與夾套共同加熱物料，同時(shí)旋轉(zhuǎn)的耙桿和耙齒起到良好的攪拌作用，耙齒還可以作為刮板，不斷將塔釜筒壁的物料刮離，從而使得物料受熱均勻，增強(qiáng)了傳熱效率，提高了蒸發(fā)速率，縮短了回收2-吡咯烷酮所需時(shí)間，降低了精餾殘夜中2-吡咯烷酮的含量，使得2-吡咯烷酮的回收更加完全。

本發(fā)明適用于粘稠物料的分離，縮短回收2-吡咯烷酮所需時(shí)間，降低精餾殘夜中2-吡咯烷酮的含量。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明采用的真空間歇精餾裝置的結(jié)構(gòu)組成示意圖。

在圖1中，各標(biāo)記為：1為塔釜，2和13為加熱介質(zhì)進(jìn)口，3為耙齒，4為耙桿，5為物料進(jìn)口，6為旋轉(zhuǎn)耙軸，7為驅(qū)動(dòng)裝置，8和12為加熱介質(zhì)出口，9為夾套，10為蒸餾殘液出口，11為中心管，14為旋轉(zhuǎn)接頭，15為精餾塔，16為冷凝器，17為回流罐，18為真空緩沖罐，19為真空機(jī)組，20為第1接收罐，21為第2接收罐。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

參見(jiàn)圖1，以下給出本發(fā)明采用的真空間歇精餾裝置的結(jié)構(gòu)組成示意圖，塔釜1中的物料經(jīng)夾套9與旋轉(zhuǎn)的空心耙軸6、耙桿4和耙齒3共同加熱后蒸發(fā)，塔釜1的有機(jī)蒸氣從精餾塔15的塔底上升到精餾塔15的塔頂。塔頂出來(lái)的有機(jī)蒸氣經(jīng)過(guò)冷凝器16冷凝成液體，進(jìn)入回流罐17?；亓鞴?7的底部出口分別與精餾塔15頂部的回流口、接收罐20和21相連接。回流罐頂部的出口與真空緩沖罐18相連接，真空緩沖罐18頂部的出口與真空機(jī)組相19連接。

以下給出具體實(shí)施例。

實(shí)施例1

用3000kg組成為2-吡咯烷酮90wt％、N-乙烯基吡咯烷酮4.3wt％和高沸點(diǎn)及不揮發(fā)物質(zhì)5.7wt％的混合物，采用圖1所示的裝置進(jìn)行分離和回收。耙桿4長(zhǎng)度為塔釜筒體直徑的四分之一，每組耙桿之間的間距為150mm，共設(shè)置12組耙桿。精餾塔15的塔徑為0.35m，塔內(nèi)裝填500型金屬絲網(wǎng)波紋規(guī)整填料，填料層高度為6m。將待回收的物料打入塔釜1中。啟動(dòng)真空機(jī)組19，使精餾塔15的塔頂?shù)慕^對(duì)壓力達(dá)到933Pa(真空度753mmHg)。開(kāi)冷凝器16的冷卻水A，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置7使耙軸、耙桿和耙齒開(kāi)始旋轉(zhuǎn)攪拌，轉(zhuǎn)速60r/min，并開(kāi)蒸汽加熱塔釜。調(diào)整蒸汽壓力使塔釜溫度達(dá)到120℃。先進(jìn)行全回流操作，在回流罐17中富集N-乙烯基吡咯烷酮，此時(shí)塔頂溫度為93℃。當(dāng)塔釜和塔頂溫度穩(wěn)定后每隔30min用氣相色譜檢測(cè)餾出物組成，隨著全回流的進(jìn)行，餾出物中N-乙烯基吡咯烷酮的含量增加。當(dāng)塔頂餾出物中N-乙烯基吡咯烷酮的含量不再繼續(xù)增加時(shí)，將回流罐中的液體全部放入第1接收罐20。調(diào)整塔釜溫度至125℃，精餾塔再進(jìn)行全回流操作，當(dāng)塔頂餾出物中2-吡咯烷酮的質(zhì)量百分比含量達(dá)到99.5％以上時(shí)，調(diào)整回流比為1∶4，開(kāi)始采出2-吡咯烷酮至第2接收罐21。隨著精餾過(guò)程的進(jìn)行，塔釜溫度逐漸上升，至精餾結(jié)束時(shí)塔釜溫度已上升到140℃，整個(gè)精餾過(guò)程耗時(shí)約6h。結(jié)果在第1接收罐中得到含90wt％的N-乙烯基吡咯烷酮的物料128kg；在第2接收罐中回收到2-吡咯烷酮2699kg，純度為99.5％；塔釜?dú)堃篂?73kg，其中殘留的2-吡咯烷酮為0.9wt％。

實(shí)施例2

用3000kg組成為2-吡咯烷酮86wt％、N-乙烯基吡咯烷酮8wt％和高沸點(diǎn)及不揮發(fā)物質(zhì)6wt％的混合物，采用圖1所示的裝置進(jìn)行分離和回收。耙桿4長(zhǎng)度為塔釜筒體直徑的四分之一，每組耙桿之間的間距為150mm，共設(shè)置12組耙桿。精餾塔15的塔徑為0.35m，塔內(nèi)裝填500型金屬絲網(wǎng)波紋規(guī)整填料，填料層高度為6m。將待回收的物料打入塔釜1中。啟動(dòng)真空機(jī)組19，使精餾塔15的塔頂?shù)慕^對(duì)壓力達(dá)到933Pa(真空度753mmHg)。開(kāi)冷凝器16的冷卻水A，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置7使耙軸、耙桿和耙齒開(kāi)始旋轉(zhuǎn)攪拌，轉(zhuǎn)速50r/min，并開(kāi)蒸汽加熱塔釜。調(diào)整蒸汽壓力使塔釜溫度達(dá)到118℃。先進(jìn)行全回流操作，在回流罐17中富集N-乙烯基吡咯烷酮，此時(shí)塔頂溫度為92℃。當(dāng)塔釜和塔頂溫度穩(wěn)定后每隔30min用氣相色譜檢測(cè)餾出物組成，隨著全回流的進(jìn)行，餾出物中N-乙烯基吡咯烷酮的含量增加。當(dāng)塔頂餾出物中N-乙烯基吡咯烷酮的含量不再繼續(xù)增加時(shí)，將回流罐中的液體全部放入第1接收罐20。調(diào)整塔釜溫度至125℃，精餾塔再進(jìn)行全回流操作，當(dāng)塔頂餾出物中2-吡咯烷酮的質(zhì)量百分比含量達(dá)到99.5％以上時(shí)，調(diào)整回流比為1∶4，開(kāi)始采出2-吡咯烷酮至第2接收罐21。隨著精餾過(guò)程的進(jìn)行，塔釜溫度逐漸上升，至精餾結(jié)束時(shí)塔釜溫度已上升到140℃，整個(gè)精餾過(guò)程耗時(shí)約6h。結(jié)果在第1接收罐中得到含92wt％的N-乙烯基吡咯烷酮的物料246.9kg；在第2接收罐中回收到2-吡咯烷酮2571.1kg，純度為99.5％；塔釜?dú)堃篂?82kg，其中殘留的2-吡咯烷酮為1.1wt％。

實(shí)施例3

用3000kg組成為2-吡咯烷酮90.5wt％、N-乙烯基吡咯烷酮2wt％和高沸點(diǎn)及不揮發(fā)物質(zhì)7.5wt％的混合物，采用圖1所示的裝置進(jìn)行分離和回收。耙桿4長(zhǎng)度為塔釜筒體直徑的四分之一，每組耙桿之間的間距為150mm，共設(shè)置12組耙桿。精餾塔15的塔徑為0.35m，塔內(nèi)裝填500型金屬絲網(wǎng)波紋規(guī)整填料，填料層高度為6m。將待回收的物料打入塔釜1中。啟動(dòng)真空機(jī)組19，使精餾塔3的塔頂?shù)慕^對(duì)壓力達(dá)到533.3Pa(真空度756mmHg)。開(kāi)冷凝器16的冷卻水A，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置7使耙軸、耙桿和耙齒開(kāi)始旋轉(zhuǎn)攪拌，轉(zhuǎn)速30r/min，并開(kāi)蒸汽加熱塔釜。調(diào)整蒸汽壓力使塔釜溫度達(dá)到116℃。先進(jìn)行全回流操作，在回流罐17中富集N-乙烯基吡咯烷酮，此時(shí)塔頂溫度為100℃。當(dāng)塔釜和塔頂溫度穩(wěn)定后每隔30min用氣相色譜檢測(cè)餾出物組成，隨著全回流的進(jìn)行，餾出物中N-乙烯基吡咯烷酮的含量增加。當(dāng)塔頂餾出物中N-乙烯基吡咯烷酮的含量不再繼續(xù)增加時(shí)，將回流罐中的液體全部放入第1接收罐20。調(diào)整塔釜溫度至125℃，精餾塔再進(jìn)行全回流操作，當(dāng)塔頂餾出物中2-吡咯烷酮的質(zhì)量百分比含量達(dá)到99.5％以上時(shí)，調(diào)整回流比為1∶4，開(kāi)始采出2-吡咯烷酮至第2接收罐21。隨著精餾過(guò)程的進(jìn)行，塔釜溫度逐漸上升，至精餾結(jié)束時(shí)塔釜溫度已上升到140℃，整個(gè)精餾過(guò)程耗時(shí)約6h。結(jié)果在第1接收罐中得到含75wt％的N-乙烯基吡咯烷酮的物料61kg；在第2接收罐中回收到2-吡咯烷酮2711kg，純度為99.5％；塔釜?dú)堃篂?28kg，其中殘留的2-吡咯烷酮為1.0wt％。

比較例

用3000kg組成為2-吡咯烷酮90wt％、N-乙烯基吡咯烷酮4.3wt％和高沸點(diǎn)及不揮發(fā)物質(zhì)5.7wt％的混合物，采用普通的真空間歇精餾進(jìn)行分離和回收。裝置中塔釜為普通塔釜，設(shè)置一束加熱管，沒(méi)有設(shè)置旋轉(zhuǎn)的耙齒及驅(qū)動(dòng)裝置。裝置的其余部分與實(shí)施例1相同。將待回收的物料打入塔釜中。啟動(dòng)真空機(jī)組，使精餾塔的塔頂?shù)慕^對(duì)壓力達(dá)到933Pa(真空度753mmHg)。開(kāi)冷凝器的冷卻水，開(kāi)蒸汽加熱塔釜。調(diào)整蒸汽壓力使塔釜溫度達(dá)到120℃。先進(jìn)行全回流操作，在回流罐中富集N-乙烯基吡咯烷酮，此時(shí)塔頂溫度為97℃。當(dāng)塔釜和塔頂溫度穩(wěn)定后每隔30min用氣相色譜檢測(cè)餾出物組成，隨著全回流的進(jìn)行，餾出物中N-乙烯基吡咯烷酮的含量增加。當(dāng)塔頂餾出物中N-乙烯基吡咯烷酮的含量不再繼續(xù)增加時(shí)，將回流罐中的液體全部放入第1接收罐。調(diào)整塔釜溫度至125℃，精餾塔再進(jìn)行全回流操作，當(dāng)塔頂餾出物中2-吡咯烷酮的質(zhì)量百分比含量達(dá)到99.5％以上時(shí)，調(diào)整回流比為1∶4，開(kāi)始采出2-吡咯烷酮至第2接收罐。隨著精餾過(guò)程的進(jìn)行，塔釜溫度逐漸上升，至精餾結(jié)束時(shí)塔釜溫度已上升到140℃，整個(gè)精餾過(guò)程耗時(shí)約24h。結(jié)果在第1接收罐中得到含85wt％的N-乙烯基吡咯烷酮的物料136kg；在第2接收罐中回收到2-吡咯烷酮2687kg，純度為99.5％；塔釜?dú)堃篂?77kg，其中殘留的2-吡咯烷酮為3.4wt％。