N-甲基吡咯烷的提純工藝改進(jìn)

張春靈

（煙臺國邦化工機(jī)械科技有限公司 山東煙臺 264000）

N-甲基吡咯烷（NMPD），亦稱N-甲基四氫吡咯，是一個環(huán)狀的二級胺，無色至微黃色液體，相對分子量：85.15，沸點(diǎn)：80.8℃，相對密度（25℃）0.81，CAS No:120-94-5，具有一般胺的性質(zhì)，具有強(qiáng)烈的吸水性，對人體有一定的潛在毒性。

1 存在問題

經(jīng)過反應(yīng)合成出來的粗品含有0.3%的甲胺，4.3%的四氫呋喃，95%的N-甲基吡咯烷，0.4%的副產(chǎn)，17%的水。傳統(tǒng)的提純方法是將粗品進(jìn)行粗蒸，得到含水6%左右的粗品，再在堿析釜里加入固堿進(jìn)行堿析，得到含水1%左右的粗品，再進(jìn)行精餾，得到含水量＜0.1%、純度≥99.5%的產(chǎn)品。該提純方法雖然能得到合格產(chǎn)品，但也存在以下問題：損耗大，一次收率低；過量的甲胺和四氫呋喃不能套用，增加了生產(chǎn)成本；能耗大，需進(jìn)行兩次精餾，操作時間長，增加了蒸汽耗量和冷凝水泵的電力消耗，且處理量低；三廢多，后處理麻煩。

2 工藝改進(jìn)

為從根本上解決上述問題，煙臺國邦化工機(jī)械科技有限公司采用了共沸精餾+變壓精餾+吸收+蒸發(fā)脫鹽的工藝。共沸精餾的原理是在原料中加入合適的第二種組分，使之能與原料中的水共沸，將原料中的水帶出來，然后再得到合格產(chǎn)品。第二種組分的選擇原則是價廉易得，可重復(fù)使用，能與水形成共沸物，共沸物中含水量高，共沸溫度小于73.7℃（N-甲基吡咯烷和水的共沸溫度），與水不互溶，沸點(diǎn)與N-甲基吡咯烷、四氫呋喃的沸點(diǎn)相差較大，有利于回收，沸點(diǎn)最好是小于80℃，且無需用冷凍水冷凝。如果其沸點(diǎn)大于80℃，在精餾時，采完水的共沸物后，會先出現(xiàn)N-甲基吡咯烷/水/第二種組分的過渡餾分，采完N-甲基吡咯烷產(chǎn)品后又出現(xiàn)N-甲基吡咯烷/第二種組分的過渡餾分，降低了產(chǎn)品的一次收率。根據(jù)以上原則，共選出A、B兩種化合物作為候選共沸劑。

由于文獻(xiàn)上關(guān)于N-甲基吡咯烷的物性數(shù)據(jù)并不多，為得到準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，進(jìn)行了多次平行精餾實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)采用φ32玻璃精餾塔，內(nèi)裝3×3不銹鋼三級螺旋填料，塔高1.4m，使用帶分層裝置的冷凝器，常壓精餾，具體如下：

A：帶水時間150min，共沸劑損失量0.1%，NMPD收率95%；B:帶水時間190min，共沸劑損失量3%，NMPD收率86%；

對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對，雖然A和B兩種化合物都能使N-甲基吡咯烷的產(chǎn)品指標(biāo)達(dá)到99.8%，含水＜0.1%，但從經(jīng)濟(jì)性上考慮，A顯然要由于B，所以選定A。

采用A作為萃取劑，在共沸精餾帶水時，在分層器取樣分析，共有以下組分：

上層有 A、NMPD、MA、THF；下層有 H2O、NMPD、MA、THF。

其中下層的水中含有的N-甲基吡咯烷、甲胺和四氫呋喃的質(zhì)量占水層總質(zhì)量的25%，為減少物料損失，對水層進(jìn)行精餾，得到含水8%的混合物，精餾釜底的水留作備用。

上層的共沸劑中含有四氫呋喃和N-甲基吡咯烷，為保證共沸精餾的效果，需用水將共沸劑進(jìn)行液液萃取，萃取后的共沸劑中的N-甲基吡咯烷和四氫呋喃含量＜0.5%，含水0.05%，完全可以套用。萃取用的水是下層的水精餾后精餾釜底剩下的水，減少了廢水的排放量。萃取后的水含有15%的四氫呋喃和N-甲基吡咯烷，需和水層合并后一起精餾，得到含水8%的混合物。

含水8%的混合物由于水的存在，抑制合成反應(yīng)的進(jìn)行，需把水脫除。由于隨壓力的變化，四氫呋喃和水的共沸組成相差很大，所以采用兩塔變壓精餾工藝，得到含水≤0.5%的四氫呋喃，四氫呋喃的回收套用率達(dá)到99%。

在精餾過程中，甲胺會作為氣體排出，甲胺氣體的刺激性很強(qiáng)，對環(huán)境污染很大，所以把所有精餾塔和餾分接受罐上的放空管道連接到甲胺壓縮機(jī)上，甲胺經(jīng)壓縮后返回合成工段套用。

3 效果分析

以上工藝投入使用后，經(jīng)過兩個月試運(yùn)行考核，效益顯著，具體如下：

改造前：總收率81%，THF套用率80%，MA套用率91%，噸產(chǎn)品蒸汽耗量1.9t，噸產(chǎn)品電力消耗90kW；

改造后：總收率98%，THF套用率99%，MA套用率99%，噸產(chǎn)品蒸汽耗量1.1t，噸產(chǎn)品電力消耗941kW。

此外，由于取消了堿洗工段，也就沒有了蒸發(fā)脫鹽工段，同時也就沒有了廢氣、廢水和固體鹽的排放，真正實(shí)現(xiàn)了無污染生產(chǎn)，產(chǎn)生的社會效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于經(jīng)濟(jì)效益，這也是一個負(fù)責(zé)任的企業(yè)所應(yīng)該做的。

4 結(jié)語

采用共沸精餾法提純N-甲基吡咯烷，相比傳統(tǒng)的堿洗法具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，是N-甲基吡咯烷生產(chǎn)上的一個巨大的進(jìn)步。