一种蒸汽渗透脱水过程用于草酸二乙酯合成的工艺及装置的制造方法
【专利说明】一种蒸汽渗透脱水过程用于草酸二乙酯合成的工艺及装置
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及一种蒸汽渗透脱水过程用于草酸二乙酯合成的工艺及装置，属于渗透汽化膜分离应用及有机物合成技术技术领域。
[0003]
【背景技术】
[0004]草酸二乙酯是医药、塑料、染料等产品的中间体，也可作纤维素、香料等的溶剂。国内主要采用直接草酸酯化法生产草酸二乙酯。此法以苯或甲苯作共沸带水剂，再分相回流脱水，至无水从反应物质中带出，蒸馏除去苯(甲苯)和乙醇，可得草酸二乙酯粗品。然而，该方法使用了苯或甲苯，在草酸二乙酯的精制过程中必须除去，同时对环境造成了污染，苯或甲苯需进行回收，带来额外的生产成本。
[0005]
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是克服草酸二乙酯合成工艺使用第三组分及反应过程中除水的问题，提出了一种蒸汽渗透脱水过程用于草酸二乙酯合成的工艺及装置。通过精馏柱、冷凝器、料液泵蒸发器将反应釜中轻组分送入蒸汽渗透膜组件进行脱水，这种方法在不引入第三组分的情况下能够及时除去反应生成的水。
[0007]—种蒸汽渗透脱水过程用于草酸二乙酯合成的工艺，包括如下步骤:在催化剂的作用下，由草酸与乙醇进行酯化反应，反应产生的气态混合物进行精馏，至少部分的精馏得到的塔顶轻组分进入蒸汽渗透膜进行脱水，脱水后的物料返回至草酸与乙醇的反应体系。
[0008]蒸汽渗透膜的材料选为分子筛膜、无定形二氧化硅膜、壳聚糖膜、PVA膜或海藻酸钠膜，优选分子筛膜。
[0009]催化剂选自浓硫酸、对甲苯黄酸、十二水合硫酸铁铵、阳离子交换树脂。
[0010]精馏柱塔顶压力操作方式是减压、常压或加压。
[0011]轻组分经蒸发器汽化至100?130°C后进入蒸汽渗透膜，优选100?110°C。
[0012]渗透汽化膜渗透侧的绝压是10?3000Pa。
[0013]一种蒸汽渗透脱水过程用于草酸二乙酯合成的装置，包括有反应釜、精馏柱、蒸汽渗透膜，精馏柱设置于反应釜的顶部，精馏柱的顶部依次通过塔顶冷凝器、中间罐、输送泵连接于蒸汽渗透膜的料液侧的入口，中间罐上还设置有出口连接于精馏柱顶部；蒸汽渗透膜的料液侧的出口连接于反应釜。
[0014]输送泵是通过蒸发器再连接于蒸汽渗透膜的料液侧的入口。
[0015]蒸汽渗透膜的渗透侧连接有渗透液冷凝器、真空泵和渗透液储罐。
[0016]蒸汽渗透膜的料液侧的出口与反应釜的连接方式是:蒸汽渗透膜的料液侧的出口依次通过原料液冷凝器、原料液罐、原料液泵与反应釜连接。
[0017]有益效果
透水膜具有高水选择性、良好渗透性等优点，其能够用于有机溶剂的渗透汽化脱水过程。渗透汽化膜脱水技术主要利用水在膜中的溶解和扩散速率大于有机物在膜中的溶解和扩散速率，从而将有机物中的水分脱除。将渗透汽化膜脱水技术用于草酸二乙酯合成工艺，能够在不使用苯(甲苯)的情况下实现酯化反应的在线脱水，提高反应的转化率。
[0018]与传统技术相比，本发明在未引入第三组分的情况下，酯化反应过程生成的水能够被不断移除，且膜脱水效率较高，在较短的反应时间内能够保证了反应的高转化率，其中反应蒸出的乙醇可直接循环利用，避免后期酯粗品除苯(甲苯)以及废液中苯或甲苯的回收问题，消除第三组分对环境的污染，同时降低了生产成本；本发明通过精馏柱、冷凝器、料液泵蒸发器将反应釜中轻组分送入蒸汽渗透膜组件进行脱水，该方式使得反应釜与蒸汽渗透膜组件在操作条件方面相互独立，反应釜操作方式的选择性多；本发明的膜脱水系统中透过膜的水中有机物含量较小，不会加重污水处理系统的负担。
[0019]
【附图说明】
[0020]图1是本发明提供的蒸汽渗透脱水过程用于草酸二乙酯合成工艺的流程图:1为反应釜，2为精馏柱，3为塔顶冷凝器，4为中间罐，5为输送泵，6为蒸发器，7为蒸汽渗透膜，8为原料液冷凝器，9为原料液罐，10为原料液泵，11为渗透液冷凝器，12为渗透液储罐，13为真空泵。
[0021]
【具体实施方式】
[0022]实施例1
在反应釜中，在0.0lkg浓硫酸的催化剂作用下，以I kg草酸与3.5 L无水乙醇进行酯化反应，反应釜内的温度为90°C，精馏柱高度0.8 m、塔径约为40 mm，精馏柱内填充有3 mmX0.5 mm规格的玻璃弹簧填料，在常压下精馏柱塔顶控制在78°C左右，经过精馏柱后反应物中蒸气的重组份返回至反应釜中，轻组分经塔顶冷凝器冷凝后通过输送泵一部分送至精馏柱的塔顶作回流液，回流比为5，另一部分进入蒸发器，经蒸发器加热汽化至110°C进入蒸汽渗透膜进行脱水，膜组件为2根膜面积为0.03 m2的单管NaA分子筛膜组件串联而成，渗透侧压力为250 Pa，在真空泵的作用下透过膜的渗透物经渗透液冷凝器冷凝至渗透液储罐储存；脱水后的轻组分冷凝后送回至反应釜中继续参见反应，反应17.2 h后反应釜中水含量为0.34 wt.%，停止反应，蒸出反应物中乙醇，再减压蒸馏得到产品，计算收率为89.6%。
[0023]实施例2
在反应釜中，在0.03kg对甲苯黄酸的催化剂作用下，以2 kg草酸与7 L无水乙醇进行酯化反应，反应釜内的温度为110°C，精馏柱高度0.8 m、塔径约为40 _，精馏柱内填充有3mmX0.5 mm规格的玻璃弹簧填料，在0.1 MPa左右操作压力下精馏柱塔顶控制在100°C左右，经过精馏柱后反应物中蒸气的重组份返回至反应釜中，轻组分经塔顶冷凝器冷凝后通过输送泵一部分送至精馏柱的塔顶作回流液，回流比为4，另一部分进入蒸发器，经蒸发器加热汽化至120°C进入蒸汽渗透膜进行脱水，膜组件为4根膜面积为0.03 m2的单管T型分子筛膜组件串联而成，渗透侧压力为470 Pa，在真空泵的作用下透过膜的渗透物经渗透液冷凝器冷凝至渗透液储罐储存；脱水后的轻组分冷凝后送回至反应釜中继续参见反应，反应15.8 h后反应藎中水含量为0.22 wt.%，停止反应，蒸出反应物中乙醇，再减压蒸饱得到产品，计算收率为91.4%。
【主权项】
1.一种蒸汽渗透脱水过程用于草酸二乙酯合成的工艺，其特征在于，包括如下步骤:在催化剂的作用下，由草酸与乙醇进行酯化反应，反应产生的气态混合物进行精馏，至少部分的精馏得到的塔顶轻组分进入蒸汽渗透膜进行脱水，脱水后的物料返回至草酸与乙醇的反应体系。2.根据权利要求1所述的蒸汽渗透脱水过程用于草酸二乙酯合成的工艺，其特征在于:蒸汽渗透膜的材料选为分子筛膜、无定形二氧化硅膜、壳聚糖膜、PVA膜或海藻酸钠膜。3.根据权利要求1所述的蒸汽渗透脱水过程用于草酸二乙酯合成的工艺，其特征在于:催化剂选自浓硫酸、对甲苯黄酸、十二水合硫酸铁铵、阳离子交换树脂。4.根据权利要求1所述的蒸汽渗透脱水过程用于草酸二乙酯合成的工艺，其特征在于:精馏柱塔顶压力操作方式是减压、常压或加压。5.根据权利要求1所述的蒸汽渗透脱水过程用于草酸二乙酯合成的工艺，其特征在于:轻组分经蒸发器汽化至100?130°C后进入蒸汽渗透膜，优选100?110°C。6.根据权利要求1所述的蒸汽渗透脱水过程用于草酸二乙酯合成的工艺，其特征在于:渗透汽化膜渗透侧的绝压是10?3000Pa。7.—种蒸汽渗透脱水过程用于草酸二乙酯合成的装置，包括有反应釜(1)、精馏柱(2)、蒸汽渗透膜(7)，其特征在于:精馏柱(2)设置于反应釜(I)的顶部，精馏柱(2)的顶部依次通过塔顶冷凝器(3)、中间罐(4)、输送泵(5)连接于蒸汽渗透膜(7)的料液侧的入口，中间罐(4)上还设置有出口连接于精馏柱(2)顶部；蒸汽渗透膜(7)的料液侧的出口连接于反应Il (I)。8.根据权利要求7所述的蒸汽渗透脱水过程用于草酸二乙酯合成的装置，其特征在于:输送泵(5)是通过蒸发器(6)再连接于蒸汽渗透膜(7)的料液侧的入口。9.根据权利要求7所述的蒸汽渗透脱水过程用于草酸二乙酯合成的装置，其特征在于:蒸汽渗透膜(7)的渗透侧连接有渗透液冷凝器(11)、真空泵(13)和渗透液储罐(12)。10.根据权利要求7所述的蒸汽渗透脱水过程用于草酸二乙酯合成的装置，其特征在于:蒸汽渗透膜(7)的料液侧的出口与反应釜(I)的连接方式是:蒸汽渗透膜(7)的料液侧的出口依次通过原料液冷凝器(8 )、原料液罐(9 )、原料液泵(10 )与反应釜(I)连接。
【专利摘要】本发明涉及一种蒸汽渗透脱水过程用于草酸二乙酯合成的工艺及装置，属于渗透汽化膜分离应用及有机物合成技术技术领域。在催化剂的作用下，由草酸与乙醇在带有精馏柱的反应釜内进行酯化反应，反应产生的蒸汽经过精馏柱后，重组分返回反应釜中；轻组分冷凝后一部分送至精馏柱的塔顶回流，另一部分进入渗透汽化膜原料液侧进行蒸汽渗透脱水，并冷凝返回至反应釜中。本发明在未引入对环境造成污染的共沸脱水剂情况下，实现了酯化反应过程中水不断被移除，从而促进反应的进行，提高了反应的转化率，避免共沸脱水剂的后处理及环境污染问题，降低了生产成本。
【IPC分类】C07C67/08, C07C67/48, C07C69/36
【公开号】CN104926655
【申请号】CN201510320561
【发明人】余从立, 仲超, 顾学红, 庆祖森
【申请人】江苏九天高科技股份有限公司
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月11日