CN116730802B - 一种高纯乙醇的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高纯乙醇的制备方法，属于高纯乙醇制备技术领域，所述制备方法由以下步骤组成：除水，精馏，过滤；所述除水，向工业乙醇中加入第一次加入的氧化钙、陶瓷微球，在室温下搅拌，继续加入第二次加入的氧化钙，在室温下搅拌，过滤；所述过滤，将分子筛作为填料装填于过滤器中，然后使用过滤器对精馏后的工业乙醇进行过滤；本发明能够在提高制备的高纯乙醇的纯度的同时，提高制备的乙醇的收率，降低蒸汽用量，避免温度对最终过滤的影响。
Description
技术领域
本发明涉及高纯乙醇制备技术领域，具体涉及一种高纯乙醇的制备方法。
背景技术
乙醇是一种有机化合物，俗称酒精，在常温常压下是一种易挥发的无色透明液体，低毒性，纯液体不可直接饮用，乙醇的水溶液具有酒香的气味，并略带刺激性，味甘，易燃，乙醇蒸气能与空气形成爆炸性混合物。
乙醇的最高纯度在一般情况下达不到100wt%，这是由于乙醇分子在空气中易吸湿，容易与空气中的水分发生反应，从而导致乙醇中的水分含量增加，在正常大气条件下，乙醇的最高纯度能够达到95wt%左右。但在某些特殊领域，如医药、化妆品以及某些高精密科学实验中对乙醇的纯度要求更高，在这些应用领域，需要使用高纯乙醇。
高纯乙醇一般是指纯度在95wt%的乙醇，最传统的高纯乙醇的制备方法为通过将多级蒸馏和分离技术进行结合，具体为将工业乙醇先经过第一精馏塔进行初步分离，然后再经过第二精馏塔进行多级蒸馏，最后通入超净过滤器中进行过滤，得到高纯乙醇，为了避免经过第一精馏塔后得到的乙醇中混有太多水蒸气，一般会在第一精馏塔中加入氧化钙进行吸水。
但是上述方法存在以下问题：第一，工业乙醇中含有甲醇、醛类、有机酸等杂质，对于与乙醇共沸的杂质，很难通过多级蒸馏的方式进行分离，从而影响制备的高纯乙醇的纯度；第二，氯化钙吸水时会产生大量热量，从而导致蒸馏温度的提高，部分乙醇被脱除，影响制备的高纯乙醇的收率；第三，通过多级蒸馏的方法不仅效率低，还会耗费大量蒸汽；第四，在进行超净过滤时，采用的过滤膜受温度影响较大，在温度较高时，过滤膜的孔隙变大，会导致过滤效率下降，生产的高纯乙醇中存在部分沉淀物不能完全去除。
因此，研发一种高纯乙醇的制备方法，能够在提高制备的高纯乙醇的纯度的同时，提高制备的乙醇的收率，降低蒸汽用量，避免温度对最终过滤的影响，是目前急需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种高纯乙醇的制备方法，能够在提高制备的高纯乙醇的纯度的同时，提高制备的乙醇的收率，降低蒸汽用量，避免温度对最终过滤的影响。
为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案如下：
一种高纯乙醇的制备方法，由以下步骤组成：除水，精馏，过滤；
所述除水，向工业乙醇中加入第一次加入的氧化钙、陶瓷微球，在室温下以40-60rpm的搅拌速度搅拌1-1.5h后，继续加入第二次加入的氧化钙，在室温下以40-60rpm的搅拌速度搅拌1-1.5h后，过滤，得到的滤液为除水后的工业乙醇；
所述除水中，工业乙醇、第一次加入的氧化钙、陶瓷微球、第二次加入的氧化钙的质量比为1000:50-52:5-5.5:35-40；
所述工业乙醇的纯度为95-95.5wt%；
所述陶瓷微球的制备方法为，将聚乙烯醇水溶液、丙酮、高岭土、纳米氮化铝、聚二甲基二烯丙基氯化铵水溶液、预糊化淀粉混合后进行超声振荡，控制超声振荡的频率为20-30kHz，时间为20-30min，超声振荡结束得到悬浊液；将悬浊液进行离心，控制离心时的转速为8000-10000rpm，时间为8-10min，离心结束将沉淀置于-40℃至-30℃下冷冻干燥5-6h后，以3-4℃/min的升温速度升温至700-800℃，在700-800℃下保温1-1.5h，再以7-9℃/min的升温速度升温至1300-1400℃，在1300-1400℃下保温1-1.5h，得到陶瓷微球；
所述陶瓷微球的制备中，聚乙烯醇水溶液、丙酮、高岭土、纳米氮化铝、聚二甲基二烯丙基氯化铵水溶液、预糊化淀粉的质量比为200-210:60-70:20-22:3-3.5:7-8:2-3；
所述聚乙烯醇水溶液的质量浓度为3-4%；
所述纳米氮化铝的粒径为40-60nm；
所述聚二甲基二烯丙基氯化铵水溶液的质量浓度为39-41%；
所述精馏，将除水后的工业乙醇加入精馏塔中进行精馏，精馏塔采用饱和蒸汽加热，将精馏塔的压力控制为常压，塔顶温度控制为79-80℃，塔顶采出物为精馏后的工业乙醇；
所述过滤，将分子筛作为填料装填于过滤器中，然后使用过滤器对精馏后的工业乙醇进行过滤，过滤结束得到0.95t高纯乙醇；
所述高纯乙醇的纯度为99.78-99.91wt%；
所述分子筛的制备方法为，将沸石粉、氢氧化钠、第一次加入的去离子水充分混合后，在90-95℃下静置6-7h，得到沸石前驱体；将沸石前驱体、纳米二氧化硅、碱性硅溶胶、偏铝酸钠、氢氧化钠、第二次加入的去离子水、溴代十六烷混合后，在40-50℃下以120-150rpm的搅拌速度搅拌1-2h后，得到水凝胶；将水凝胶、纳米零价铁、纳米蒙脱土混合后，加入均质机中进行高剪切，控制转速为8000-10000rpm，时间为4-5min，高剪切结束置于150-170℃下静态晶化3-4d，静态晶化结束后，过滤，使用去离子水清洗滤渣3-4次，每次去离子水的用量为1000-1200g，然后置于500-600℃下焙烧6-7h，得到分子筛；
所述分子筛的制备中，沸石粉、氢氧化钠、第一次加入的去离子水、纳米二氧化硅、碱性硅溶胶、偏铝酸钠、氢氧化钠、第二次加入的去离子水、溴代十六烷、纳米零价铁、纳米蒙脱土的质量比为20-22:38-40:100-110:30-35:300-320:50-60:20-25:140-150:2000-2100:50-60:30-35；
所述纳米二氧化硅的粒径为40-60nm；
所述碱性硅溶胶的有效成分含量为40wt%；
所述纳米蒙脱土的粒径为60-100nm。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）本发明的高纯乙醇的制备方法，通过在除水步骤中加入陶瓷微球和在过滤步骤中加入分子筛，能够提高制备的高纯乙醇的纯度，在15℃下，本发明制备的高纯乙醇的纯度为99.78-99.91wt%，在30℃下，本发明制备的高纯乙醇的纯度为99.77-99.90wt%；
（2）本发明的高纯乙醇的制备方法，通过在除水步骤中加入陶瓷微球和在过滤步骤中加入分子筛，能够提高制备的高纯乙醇的收率，在15℃下，本发明制备的高纯乙醇的收率为98.3-98.7%，在30℃下，本发明制备的高纯乙醇的纯度为98.3-98.7%；
（3）本发明的高纯乙醇的制备方法，通过在除水步骤中加入陶瓷微球，能够降低蒸汽用量，在15℃下，每吨工业乙醇的蒸汽用量为1.51-1.58t，在30℃下，每吨工业乙醇的蒸汽用量为1.33-1.38t；
（4）本发明的高纯乙醇的制备方法，通过在过滤步骤中加入分子筛，避免温度对最终过滤的影响，不管是在15℃下还是30℃下，制备的高纯乙醇中均无杂质和沉淀。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。
实施例1-3和对比例1-2中高纯乙醇的制备均在室内温度为15℃时进行。
实施例1
一种高纯乙醇的制备方法，具体为：
1.除水：向1t工业乙醇中加入50kg氧化钙、5kg陶瓷微球，在室温下以40rpm的搅拌速度搅拌1h后，继续加入35kg氧化钙，在室温下以40rpm的搅拌速度搅拌1h后，过滤，得到的滤液为除水后的工业乙醇；
所述工业乙醇的纯度为95wt%；
所述陶瓷微球的制备方法为：将200g聚乙烯醇水溶液、60g丙酮、20g高岭土、3g纳米氮化铝、7g聚二甲基二烯丙基氯化铵水溶液、2g预糊化淀粉混合后进行超声振荡，控制超声振荡的频率为20kHz，时间为20min，超声振荡结束得到悬浊液；将悬浊液进行离心，控制离心时的转速为8000rpm，时间为8min，离心结束将沉淀置于-40℃下冷冻干燥5h后，以3℃/min的升温速度升温至700℃，在700℃下保温1h，再以7℃/min的升温速度升温至1300℃，在1300℃下保温1h，得到陶瓷微球；
所述聚乙烯醇水溶液的质量浓度为3%；
所述纳米氮化铝的粒径为40nm；
所述聚二甲基二烯丙基氯化铵水溶液的质量浓度为39%；
2.精馏：将除水后的工业乙醇加入精馏塔中进行精馏，精馏塔采用饱和蒸汽加热，将精馏塔的压力控制为常压，塔顶温度控制为79℃，塔顶采出物为精馏后的工业乙醇；
所述饱和蒸汽的用量为1.55t；
3.过滤：将分子筛作为填料装填于过滤器中，然后使用过滤器对精馏后的工业乙醇进行过滤，过滤结束得到0.94t高纯乙醇；
所述高纯乙醇中无任何杂质和沉淀；
所述高纯乙醇的纯度为99.78wt%，收率为98.7%；
所述分子筛的制备方法为：将20g沸石粉、38g氢氧化钠、100g去离子水充分混合后，在90℃下静置6h，得到沸石前驱体；将沸石前驱体、30g纳米二氧化硅、300g碱性硅溶胶、50g偏铝酸钠、20g氢氧化钠、140g去离子水、2000g溴代十六烷混合后，在40℃下以120rpm的搅拌速度搅拌1h后，得到水凝胶；将水凝胶、50g纳米零价铁、30g纳米蒙脱土混合后，加入均质机中进行高剪切，控制转速为8000rpm，时间为4min，高剪切结束置于150℃下静态晶化3d，静态晶化结束后，过滤，使用去离子水清洗滤渣3次，每次去离子水的用量为1000g，然后置于500℃下焙烧6h，得到分子筛；
所述纳米二氧化硅的粒径为40nm；
所述碱性硅溶胶的有效成分含量为40wt%；
所述纳米蒙脱土的粒径为60nm。
实施例2
一种高纯乙醇的制备方法，具体为：
1.除水：向1t工业乙醇中加入51kg氧化钙、5.2kg陶瓷微球，在室温下以50rpm的搅拌速度搅拌1.2h后，继续加入38kg氧化钙，在室温下以50rpm的搅拌速度搅拌1.2h后，过滤，得到的滤液为除水后的工业乙醇；
所述工业乙醇的纯度为95.2wt%；
所述陶瓷微球的制备方法为：将205g聚乙烯醇水溶液、65g丙酮、21g高岭土、3.2g纳米氮化铝、7.5g聚二甲基二烯丙基氯化铵水溶液、2.5g预糊化淀粉混合后进行超声振荡，控制超声振荡的频率为25kHz，时间为25min，超声振荡结束得到悬浊液；将悬浊液进行离心，控制离心时的转速为9000rpm，时间为9min，离心结束将沉淀置于-35℃下冷冻干燥5.5h后，以3.5℃/min的升温速度升温至750℃，在750℃下保温1.2h，再以8℃/min的升温速度升温至1350℃，在1350℃下保温1.2h，得到陶瓷微球；
所述聚乙烯醇水溶液的质量浓度为3.5%；
所述纳米氮化铝的粒径为50nm；
所述聚二甲基二烯丙基氯化铵水溶液的质量浓度为40%；
2.精馏：将除水后的工业乙醇加入精馏塔中进行精馏，精馏塔采用饱和蒸汽加热，将精馏塔的压力控制为常压，塔顶温度控制为79.5℃，塔顶采出物为精馏后的工业乙醇；
所述饱和蒸汽的用量为1.51t；
3.过滤：将分子筛作为填料装填于过滤器中，然后使用过滤器对精馏后的工业乙醇进行过滤，过滤结束得到0.94t高纯乙醇；
所述高纯乙醇中无任何杂质和沉淀；
所述高纯乙醇的纯度为99.86wt%，收率为98.6%；
所述分子筛的制备方法为：将21g沸石粉、39g氢氧化钠、105g去离子水充分混合后，在92℃下静置6.5h，得到沸石前驱体；将沸石前驱体、32g纳米二氧化硅、310g碱性硅溶胶、55g偏铝酸钠、22g氢氧化钠、145g去离子水、2050g溴代十六烷混合后，在45℃下以140rpm的搅拌速度搅拌1.5h后，得到水凝胶；将水凝胶、55g纳米零价铁、32g纳米蒙脱土混合后，加入均质机中进行高剪切，控制转速为9000rpm，时间为4.5min，高剪切结束置于160℃下静态晶化3.5d，静态晶化结束后，过滤，使用去离子水清洗滤渣4次，每次去离子水的用量为1100g，然后置于550℃下焙烧6.5h，得到分子筛；
所述纳米二氧化硅的粒径为50nm；
所述碱性硅溶胶的有效成分含量为40wt%；
所述纳米蒙脱土的粒径为80nm。
实施例3
一种高纯乙醇的制备方法，具体为：
1.除水：向1t工业乙醇中加入52kg氧化钙、5.5kg陶瓷微球，在室温下以60rpm的搅拌速度搅拌1.5h后，继续加入40kg氧化钙，在室温下以60rpm的搅拌速度搅拌1.5h后，过滤，得到的滤液为除水后的工业乙醇；
所述工业乙醇的纯度为95.5wt%；
所述陶瓷微球的制备方法为：将210g聚乙烯醇水溶液、70g丙酮、22g高岭土、3.5g纳米氮化铝、8g聚二甲基二烯丙基氯化铵水溶液、3g预糊化淀粉混合后进行超声振荡，控制超声振荡的频率为30kHz，时间为30min，超声振荡结束得到悬浊液；将悬浊液进行离心，控制离心时的转速为10000rpm，时间为10min，离心结束将沉淀置于-30℃下冷冻干燥6h后，以4℃/min的升温速度升温至800℃，在800℃下保温1.5h，再以9℃/min的升温速度升温至1400℃，在1400℃下保温1.5h，得到陶瓷微球；
所述聚乙烯醇水溶液的质量浓度为4%；
所述纳米氮化铝的粒径为60nm；
所述聚二甲基二烯丙基氯化铵水溶液的质量浓度为41%；
2.精馏：将除水后的工业乙醇加入精馏塔中进行精馏，精馏塔采用饱和蒸汽加热，将精馏塔的压力控制为常压，塔顶温度控制为80℃，塔顶采出物为精馏后的工业乙醇；
所述饱和蒸汽的用量为1.58t；
3.过滤：将分子筛作为填料装填于过滤器中，然后使用过滤器对精馏后的工业乙醇进行过滤，过滤结束得到0.94t高纯乙醇；
所述高纯乙醇中无任何杂质和沉淀；
所述高纯乙醇的纯度为99.91wt%，收率为98.3%；
所述分子筛的制备方法为：将22g沸石粉、40g氢氧化钠、110g去离子水充分混合后，在95℃下静置7h，得到沸石前驱体；将沸石前驱体、35g纳米二氧化硅、320g碱性硅溶胶、60g偏铝酸钠、25g氢氧化钠、150g去离子水、2100g溴代十六烷混合后，在50℃下以150rpm的搅拌速度搅拌2h后，得到水凝胶；将水凝胶、60g纳米零价铁、35g纳米蒙脱土混合后，加入均质机中进行高剪切，控制转速为10000rpm，时间为5min，高剪切结束置于170℃下静态晶化4d，静态晶化结束后，过滤，使用去离子水清洗滤渣4次，每次去离子水的用量为1200g，然后置于600℃下焙烧7h，得到分子筛；
所述纳米二氧化硅的粒径为60nm；
所述碱性硅溶胶的有效成分含量为40wt%；
所述纳米蒙脱土的粒径为100nm。
对比例1
采用实施例1所述的高纯乙醇的制备方法，其不同之处在于：在第1步除水步骤中省略陶瓷微球的加入；
在第2步精馏步骤中饱和蒸汽的用量为1.78t；
在第3步精馏步骤中得到0.91t高纯乙醇，纯度为98.87wt%，收率为94.7%。
对比例2
采用实施例1所述的高纯乙醇的制备方法，其不同之处在于：在第3步过滤步骤中使用聚偏氟乙烯膜代替分子筛，对精馏后的工业乙醇进行过滤；
在第3步精馏步骤中得到0.95t高纯乙醇，纯度为98.05wt%，收率为98.1%。
试验例
在室内温度为30℃时，按照实施例1-3和对比例1-2的制备方法进行高纯乙醇的制备，记录饱和蒸汽的用量、制备的高纯乙醇的质量、高纯乙醇的纯度、高纯乙醇的收率，并观察制备的高纯乙醇中是否存在杂质和沉淀，结果如下所示：
由实施例1-3和对比例1-2的结果可以看出，通过在除水步骤中加入陶瓷微球，能够降低饱和蒸汽的用量，提高制备的高纯乙醇的重量、纯度和收率；通过在过滤步骤中加入分子筛，能够提高制备的高纯乙醇的纯度和收率，避免室内温度对制备的高纯乙醇的纯度和收率的影响，还能够避免在室内温度较高时，制备的高纯乙醇中出现杂质和沉淀。
针对陶瓷微球，主要以高岭土和纳米氮化铝为主要原料，聚二甲基二烯丙基氯化铵水溶液和预糊化淀粉主要起交联作用，制成具有多孔结构的陶瓷微球，在除水时，陶瓷微球能够起到导热和散热的作用，从而避免在脱水时温度太高导致乙醇蒸发，同时还能够对工业乙醇中的杂质起到一定的吸附作用，脱水和吸附杂质后的工业乙醇在进入精馏塔时，能够降低精馏难度，从而降低了精馏过程中的饱和蒸汽用量。
针对分子筛，本发明通过在沸石粉上加入纳米零价铁和纳米蒙脱土，然后制成分子筛，不仅能够对乙醇中的杂质和沉淀起到进一步过滤的作用，还能对乙醇中的共沸物进行进一步脱除。
此外，使用的陶瓷微球和分子筛均可以在处理后重复利用，从而进一步降低了制备成本。
除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为质量百分数。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高纯乙醇的制备方法，其特征在于，由以下步骤组成：除水，精馏，过滤；
所述除水，向工业乙醇中加入第一次加入的氧化钙、陶瓷微球，在室温下搅拌，继续加入第二次加入的氧化钙，在室温下搅拌，过滤，得到的滤液为除水后的工业乙醇；
所述陶瓷微球的制备方法为，将聚乙烯醇水溶液、丙酮、高岭土、纳米氮化铝、聚二甲基二烯丙基氯化铵水溶液、预糊化淀粉混合后进行超声振荡，超声振荡结束得到悬浊液；将悬浊液进行离心，离心结束将沉淀冷冻干燥，以3-4℃/min的升温速度升温至700-800℃，在700-800℃下保温1-1.5h，再以7-9℃/min的升温速度升温至1300-1400℃，在1300-1400℃下保温1-1.5h，得到陶瓷微球；
所述精馏，将除水后的工业乙醇加入精馏塔中进行精馏，精馏塔采用饱和蒸汽加热，将精馏塔的压力控制为常压，塔顶温度控制为79-80℃，塔顶采出物为精馏后的工业乙醇；
所述过滤，将分子筛作为填料装填于过滤器中，然后使用过滤器对精馏后的工业乙醇进行过滤，过滤结束得到高纯乙醇；
所述分子筛的制备方法为，将沸石粉、氢氧化钠、第一次加入的去离子水充分混合后，在90-95℃下静置，得到沸石前驱体；将沸石前驱体、纳米二氧化硅、碱性硅溶胶、偏铝酸钠、氢氧化钠、第二次加入的去离子水、溴代十六烷混合后，在40-50℃下搅拌，得到水凝胶；将水凝胶、纳米零价铁、纳米蒙脱土混合后，加入均质机中进行高剪切，高剪切结束置于150-170℃下静态晶化3-4d，静态晶化结束后，过滤，使用去离子水清洗滤渣，然后置于500-600℃下焙烧6-7h，得到分子筛。
2.根据权利要求1所述的高纯乙醇的制备方法，其特征在于，所述除水中，工业乙醇、第一次加入的氧化钙、陶瓷微球、第二次加入的氧化钙的质量比为1000:50-52:5-5.5:35-40。
3.根据权利要求1所述的高纯乙醇的制备方法，其特征在于，所述陶瓷微球的制备中，聚乙烯醇水溶液、丙酮、高岭土、纳米氮化铝、聚二甲基二烯丙基氯化铵水溶液、预糊化淀粉的质量比为200-210:60-70:20-22:3-3.5:7-8:2-3；
所述聚乙烯醇水溶液的质量浓度为3-4%；
所述聚二甲基二烯丙基氯化铵水溶液的质量浓度为39-41%。
4.根据权利要求1所述的高纯乙醇的制备方法，其特征在于，所述陶瓷微球的制备中，所述纳米氮化铝的粒径为40-60nm；
所述超声振荡的频率为20-30kHz，时间为20-30min；
所述离心时的转速为8000-10000rpm，时间为8-10min；
所述冷冻干燥的温度为-40℃至-30℃，时间为5-6h。
5.根据权利要求1所述的高纯乙醇的制备方法，其特征在于，所述分子筛的制备中，沸石粉、氢氧化钠、第一次加入的去离子水、纳米二氧化硅、碱性硅溶胶、偏铝酸钠、氢氧化钠、第二次加入的去离子水、溴代十六烷、纳米零价铁、纳米蒙脱土的质量比为20-22:38-40:100-110:30-35:300-320:50-60:20-25:140-150:2000-2100:50-60:30-35。
6.根据权利要求1所述的高纯乙醇的制备方法，其特征在于，所述分子筛的制备中，所述纳米二氧化硅的粒径为40-60nm；
所述碱性硅溶胶的有效成分含量为40wt%；
所述纳米蒙脱土的粒径为60-100nm；
所述高剪切的转速为8000-10000rpm，时间为4-5min。
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