一種反應(yīng)精餾-蒸汽滲透膜耦合生產(chǎn)甲酸乙酯的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種反應(yīng)精餾-蒸汽滲透膜耦合生產(chǎn)甲酸乙酯的裝置，屬于膜分離應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]甲酸乙酯用作硝酸纖維素、乙酸纖維素等的溶劑，以及食品、香煙、谷類(lèi)、干燥果品等的殺菌劑、殺幼蟲(chóng)劑和熏蒸劑。甲酸乙酯作為香精可用于調(diào)合桃子、香蕉、蘋(píng)果、杏、菠蘿、漿果等香氣，亦可作為黃油、白蘭地酒、甜酒、威士忌酒等的香料。甲酸乙酯也是有機(jī)合成的中間體。例如在制藥工業(yè)，用于生產(chǎn)抗腫瘤藥物富雪定、維生素B1、魚(yú)腥草素、痛驚寧、康復(fù)龍、噻嘧啶、噻啶苯芥、利血生、山莨菪等的藥物。
[0003]以甲酸和乙醇為原料進(jìn)行酯化反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生大量的水，而甲酸乙酯易水解，產(chǎn)品后處理需要用到大量的無(wú)水硫酸鈉、無(wú)水氯化鈣等干燥劑進(jìn)行脫水，不僅增加了生產(chǎn)成本，并且不利于環(huán)保。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是:現(xiàn)有技術(shù)中甲酸乙酯生產(chǎn)過(guò)程中需要使用脫水劑進(jìn)行脫水，本實(shí)用新型提出了一種膜法脫水形成精餾-蒸汽滲透膜生產(chǎn)甲酸乙酯的裝置。通過(guò)將帶有精餾柱的反應(yīng)釜與蒸汽滲透膜組件連接，不斷移除反應(yīng)過(guò)程生成的酯和水，這種方法在不引入第三組分的情況下提高了轉(zhuǎn)化率和收率，降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)，避免了共沸劑的使用，有效降低了環(huán)境的污染。
[0005]一種反應(yīng)精餾-蒸汽滲透膜耦合生產(chǎn)甲酸乙酯的方法，包括如下步驟:在催化劑的作用下，由甲酸與乙醇進(jìn)行酯化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的氣態(tài)混合物進(jìn)行精餾，至少部分的精餾得到的塔頂輕組分進(jìn)入蒸汽滲透膜進(jìn)行脫水，脫水后的物料返回至甲酸與乙醇的反應(yīng)體系O
[0006]蒸汽滲透膜的材質(zhì)選自分子篩膜、無(wú)定形二氧化硅膜、殼聚糖膜、PVA膜或海藻酸鈉膜；更優(yōu)選是分子篩膜。
[0007]催化劑選自濃硫酸、十二水合硫酸鐵銨、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂(例如732陽(yáng)離子交換樹(shù)月旨)或雜多酸(固載型硅鎢雜多酸催化劑)等；最優(yōu)是采用十二水合硫酸鐵銨。
[0008]精餾得到的塔頂輕組分加熱至100?130°C后再送入蒸汽滲透膜。
[0009]蒸汽滲透膜的滲透?jìng)?cè)的絕壓是100?3000Pa。
[0010]一種反應(yīng)精餾-蒸汽滲透膜耦合生產(chǎn)甲酸乙酯的裝置，包括有反應(yīng)釜、精餾柱、蒸汽滲透膜，精餾柱設(shè)置于反應(yīng)釜的頂部，精餾柱的頂部連接于塔頂冷凝器的入口，塔頂冷凝器的至少一個(gè)出口通過(guò)中轉(zhuǎn)罐連接于蒸汽滲透膜的料液側(cè)的入口，蒸汽滲透膜的料液側(cè)的出口連接冷凝器之后，再連接于中轉(zhuǎn)罐。
[0011]中轉(zhuǎn)罐與蒸汽滲透膜的料液側(cè)的入口的連接方式是:中轉(zhuǎn)罐的出口依次通過(guò)液體輸送栗、蒸發(fā)器連接蒸汽滲透膜。
[0012]蒸汽滲透膜的滲透?jìng)?cè)依次連接有滲透液冷凝器、滲透液罐和真空栗。
[0013]有益效果
[0014]與傳統(tǒng)技術(shù)相比，本實(shí)用新型酯化反應(yīng)過(guò)程中無(wú)需添加第三組分，避免了對(duì)環(huán)境的二次污染；本實(shí)用新型的反應(yīng)釜上部裝有精餾柱，有效地控制了重組分被夾帶進(jìn)入膜分離系統(tǒng)，提高產(chǎn)品純度和膜分離系統(tǒng)的脫水效率。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型提供的反應(yīng)精餾-蒸汽滲透膜耦合生產(chǎn)甲酸乙酯工藝流程圖；
[0016]其中1、反應(yīng)釜；2、精餾柱；3、塔頂冷凝器；4、中轉(zhuǎn)罐；5、液體輸送栗；6、蒸發(fā)器；7、蒸汽滲透膜；8、冷凝器；9、滲透液冷凝器；10、滲透液罐；11、真空栗。
【具體實(shí)施方式】
[0017]甲酸乙酯的合成屬于酯化反應(yīng)，由甲酸與乙醇加催化劑合成。采用的裝置如圖1所示，在反應(yīng)釜I的頂部直接加精餾柱2，精餾柱2內(nèi)部裝填玻璃彈簧填料，精餾柱2的頂部連接塔頂冷凝器3，塔頂冷凝液一部分回流，一部分進(jìn)入中轉(zhuǎn)罐4。中轉(zhuǎn)罐4的料液通過(guò)輸送栗5進(jìn)入蒸發(fā)器6，然后進(jìn)入蒸汽滲透膜7。在蒸汽滲透膜7的滲透?jìng)?cè)，連接有滲透液冷凝器9，滲透液冷凝器9上依次連接有滲透液罐10和真空栗11。蒸汽滲透膜7的料液側(cè)的出口連接冷凝器8之后，再連接于中轉(zhuǎn)罐4。
[0018]本實(shí)用新型通過(guò)改進(jìn)酯化反應(yīng)中產(chǎn)物的蒸汽滲透膜脫水流程，克服了傳統(tǒng)工藝中需要加入干燥劑進(jìn)行脫水的問(wèn)題。如圖1所示，工藝流程是:在反應(yīng)釜I中甲酸與乙醇在催化劑的作用下，加熱不斷生成甲酸乙酯和水；在反應(yīng)釜I的上方直接連接于精餾柱2的底部，在反應(yīng)釜頂部與在精餾柱2底部壓力差的驅(qū)動(dòng)下，反應(yīng)釜上方的氣態(tài)混合物進(jìn)入精餾柱2，在精餾柱2中內(nèi)置有高效的金屬填料，甲酸乙酯、乙醇和水混合氣體從精餾柱頂部經(jīng)冷凝器3后的餾出液一部分回流，一部分進(jìn)入中轉(zhuǎn)罐進(jìn)一步脫水。在這個(gè)過(guò)程中，反應(yīng)釜中的重組分與輕組分得到了分離。中轉(zhuǎn)罐4的餾出液經(jīng)過(guò)輸送栗5后進(jìn)入蒸發(fā)器6，再進(jìn)入蒸汽滲透膜7，蒸發(fā)器使氣體溫度提升至優(yōu)選為100?130°C ;蒸汽滲透膜組件中可以采用串聯(lián)、并聯(lián)或兩種方式組合進(jìn)行連接，蒸汽滲透膜組件所填裝的膜可以為管式、中空纖維、板框式透水膜，例如:分子篩膜、無(wú)定形二氧化硅膜、殼聚糖膜、PVA膜或海藻酸鈉膜，更優(yōu)選是分子篩膜。物料流經(jīng)膜組件時(shí)，真空栗11提供膜后側(cè)的壓力，膜原料側(cè)與膜后側(cè)之間形成水蒸汽分壓差，以壓差為推動(dòng)力，水選擇性地透過(guò)膜，并經(jīng)滲透液冷凝器9冷凝后收集于滲透液罐10中；在料液側(cè)，脫水后的甲酸乙酯、乙醇和水經(jīng)冷凝器8后進(jìn)入中轉(zhuǎn)罐4。中轉(zhuǎn)罐的餾出液不斷進(jìn)行循環(huán)脫水，直至達(dá)到產(chǎn)品水分要求。
[0019]實(shí)施例1
[0020]在反應(yīng)釜中，以10 g濃硫酸為催化劑，甲酸(412g)與無(wú)水乙醇(579 g)進(jìn)行酯化反應(yīng)，反應(yīng)釜內(nèi)溫度82°C，釜頂產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過(guò)精餾柱進(jìn)行初步的分離，精餾柱高度lm、塔徑37 _，填充有3mm*0.5mm規(guī)格的玻璃彈簧填料；在精餾柱的塔頂溫度控制為54°C，餾分為甲酸乙酯、乙醇和水，冷凝后一部分回流到反應(yīng)釜，一部分回到中轉(zhuǎn)罐，中轉(zhuǎn)罐的餾出液經(jīng)過(guò)輸送栗后進(jìn)入蒸發(fā)器，蒸發(fā)器溫度控制為100°C進(jìn)入蒸汽滲透膜進(jìn)行脫水，膜組件為I根膜面積為0.03 m2的單管NaA分子篩膜組件，滲透?jìng)?cè)壓力控制在300 Pa，水含量為0.06Wt.%停止膜脫水。通過(guò)色譜檢測(cè)甲酸乙酯的含量，計(jì)算收率為97.8%。
[0021]實(shí)施例2
[0022]在反應(yīng)釜中，以十二水合硫酸鐵銨為催化劑(9.7kg)進(jìn)行甲酸(396g)與無(wú)水乙醇(620g)進(jìn)行酯化反應(yīng)，反應(yīng)釜內(nèi)的溫度為82°C，釜頂產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過(guò)精餾柱進(jìn)行初步的分離，精餾柱高度I m，塔徑37 mm，填充有3mm*0.5mm規(guī)格的玻璃彈簧填料；在精餾柱的塔頂溫度控制為54°C，餾分為甲酸乙酯、乙醇和水，冷凝后一部分回流到反應(yīng)釜，一部分回到中轉(zhuǎn)罐，中轉(zhuǎn)罐的餾出液經(jīng)過(guò)輸送栗后進(jìn)入蒸發(fā)器，蒸發(fā)器溫度控制為100°C進(jìn)入蒸汽滲透膜進(jìn)行脫水，膜組件為I根膜面積為0.03 m2的單管T型分子篩膜組件，滲透?jìng)?cè)壓力控制在300 Pa，水含量為0.05 wt.%停止膜脫水。通過(guò)色譜檢測(cè)甲酸乙酯的含量，計(jì)算收率為96.7%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種反應(yīng)精餾-蒸汽滲透膜耦合生產(chǎn)甲酸乙酯的裝置，包括有反應(yīng)釜(1)、精餾柱(2 )、蒸汽滲透膜(7 )，其特征在于:精餾柱(2 )設(shè)置于反應(yīng)釜(I)的頂部，精餾柱(2 )的頂部連接于塔頂冷凝器(3)的入口，塔頂冷凝器(3)的至少一個(gè)出口通過(guò)中轉(zhuǎn)罐(4)連接于蒸汽滲透膜(7 )的料液側(cè)的入口，蒸汽滲透膜(7 )的料液側(cè)的出口連接冷凝器(8 )之后，再連接于中轉(zhuǎn)罐(4)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)精餾-蒸汽滲透膜耦合生產(chǎn)甲酸乙酯的裝置，其特征在于:中轉(zhuǎn)罐(4 )與蒸汽滲透膜(7 )的料液側(cè)的入口的連接方式是:中轉(zhuǎn)罐(4 )的出口依次通過(guò)液體輸送栗(5 )、蒸發(fā)器(6 )連接蒸汽滲透膜(7 )。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)精餾-蒸汽滲透膜耦合生產(chǎn)甲酸乙酯的裝置，其特征在于:蒸汽滲透膜(7)的滲透?jìng)?cè)依次連接有滲透液冷凝器(9)、滲透液罐(10)和真空栗(11)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)精餾-蒸汽滲透膜耦合生產(chǎn)甲酸乙酯的裝置，其特征在于:蒸汽滲透膜(7)的材質(zhì)選自分子篩膜、無(wú)定形二氧化硅膜、殼聚糖膜、PVA膜或海藻酸鈉膜。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種反應(yīng)精餾-蒸汽滲透膜耦合生產(chǎn)甲酸乙酯的裝置，屬于膜分離應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。包括有反應(yīng)釜（1）、精餾柱（2）、蒸汽滲透膜（7），精餾柱（2）設(shè)置于反應(yīng)釜（1）的頂部，精餾柱（2）的頂部連接于塔頂冷凝器（3）的入口，塔頂冷凝器（3）的至少一個(gè)出口通過(guò)中轉(zhuǎn)罐（4）連接于蒸汽滲透膜（7）的料液側(cè)的入口，蒸汽滲透膜（7）的料液側(cè)的出口連接于反應(yīng)釜（1）。采用本裝置可以在未引入其它雜質(zhì)的情況下，使得酯化反應(yīng)體系中甲酸乙酯和水不斷移除，促進(jìn)反應(yīng)向甲酸乙酯的生成方向進(jìn)行，有效提高了反應(yīng)的收率，整個(gè)酯化反應(yīng)-蒸汽滲透膜耦合系統(tǒng)占地面積小，易于放大。
【IPC分類(lèi)】C07C67/08, C07C69/06, C07C67/48
【公開(kāi)號(hào)】CN204779428
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520403047
【發(fā)明人】相里粉娟, 余從立, 顧學(xué)紅, 慶祖森
【申請(qǐng)人】江蘇九天高科技股份有限公司
【公開(kāi)日】2015年11月18日
【申請(qǐng)日】2015年6月11日