一種反應精餾-蒸汽滲透膜耦合生產甲酸乙酯的裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種反應精餾-蒸汽滲透膜耦合生產甲酸乙酯的裝置，屬于膜分離應用技術領域。
【背景技術】
[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、干燥果品等的殺菌劑、殺幼蟲劑和熏蒸劑。甲酸乙酯作為香精可用于調合桃子、香蕉、蘋果、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。甲酸乙酯也是有機合成的中間體。例如在制藥工業，用于生產抗腫瘤藥物富雪定、維生素B1、魚腥草素、痛驚寧、康復龍、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行酯化反應過程中產生大量的水，而甲酸乙酯易水解，產品后處理需要用到大量的無水硫酸鈉、無水氯化鈣等干燥劑進行脫水，不僅增加了生產成本，并且不利于環保。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型要解決的技術問題是:現有技術中甲酸乙酯生產過程中需要使用脫水劑進行脫水，本實用新型提出了一種膜法脫水形成精餾-蒸汽滲透膜生產甲酸乙酯的裝置。通過將帶有精餾柱的反應釜與蒸汽滲透膜組件連接，不斷移除反應過程生成的酯和水，這種方法在不引入第三組分的情況下提高了轉化率和收率，降低了生產成本，同時，避免了共沸劑的使用，有效降低了環境的污染。
[0005]一種反應精餾-蒸汽滲透膜耦合生產甲酸乙酯的方法，包括如下步驟:在催化劑的作用下，由甲酸與乙醇進行酯化反應，反應產生的氣態混合物進行精餾，至少部分的精餾得到的塔頂輕組分進入蒸汽滲透膜進行脫水，脫水后的物料返回至甲酸與乙醇的反應體系O
[0006]蒸汽滲透膜的材質選自分子篩膜、無定形二氧化硅膜、殼聚糖膜、PVA膜或海藻酸鈉膜；更優選是分子篩膜。
[0007]催化劑選自濃硫酸、十二水合硫酸鐵銨、陽離子交換樹脂(例如732陽離子交換樹月旨)或雜多酸(固載型硅鎢雜多酸催化劑)等；最優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]蒸汽滲透膜的滲透側的絕壓是100?3000Pa。
[0010]一種反應精餾-蒸汽滲透膜耦合生產甲酸乙酯的裝置，包括有反應釜、精餾柱、蒸汽滲透膜，精餾柱設置于反應釜的頂部，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出口通過中轉罐連接于蒸汽滲透膜的料液側的入口，蒸汽滲透膜的料液側的出口連接冷凝器之后，再連接于中轉罐。
[0011]中轉罐與蒸汽滲透膜的料液側的入口的連接方式是:中轉罐的出口依次通過液體輸送栗、蒸發器連接蒸汽滲透膜。
[0012]蒸汽滲透膜的滲透側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]與傳統技術相比，本實用新型酯化反應過程中無需添加第三組分，避免了對環境的二次污染；本實用新型的反應釜上部裝有精餾柱，有效地控制了重組分被夾帶進入膜分離系統，提高產品純度和膜分離系統的脫水效率。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型提供的反應精餾-蒸汽滲透膜耦合生產甲酸乙酯工藝流程圖；
[0016]其中1、反應釜；2、精餾柱；3、塔頂冷凝器；4、中轉罐；5、液體輸送栗；6、蒸發器；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。
【具體實施方式】
[0017]甲酸乙酯的合成屬于酯化反應，由甲酸與乙醇加催化劑合成。采用的裝置如圖1所示，在反應釜I的頂部直接加精餾柱2，精餾柱2內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，一部分進入中轉罐4。中轉罐4的料液通過輸送栗5進入蒸發器6，然后進入蒸汽滲透膜7。在蒸汽滲透膜7的滲透側，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的料液側的出口連接冷凝器8之后，再連接于中轉罐4。
[0018]本實用新型通過改進酯化反應中產物的蒸汽滲透膜脫水流程，克服了傳統工藝中需要加入干燥劑進行脫水的問題。如圖1所示，工藝流程是:在反應釜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；在反應釜I的上方直接連接于精餾柱2的底部，在反應釜頂部與在精餾柱2底部壓力差的驅動下，反應釜上方的氣態混合物進入精餾柱2，在精餾柱2中內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冷凝器3后的餾出液一部分回流，一部分進入中轉罐進一步脫水。在這個過程中，反應釜中的重組分與輕組分得到了分離。中轉罐4的餾出液經過輸送栗5后進入蒸發器6，再進入蒸汽滲透膜7，蒸發器使氣體溫度提升至優選為100?130°C ;蒸汽滲透膜組件中可以采用串聯、并聯或兩種方式組合進行連接，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、無定形二氧化硅膜、殼聚糖膜、PVA膜或海藻酸鈉膜，更優選是分子篩膜。物料流經膜組件時，真空栗11提供膜后側的壓力，膜原料側與膜后側之間形成水蒸汽分壓差，以壓差為推動力，水選擇性地透過膜，并經滲透液冷凝器9冷凝后收集于滲透液罐10中；在料液側，脫水后的甲酸乙酯、乙醇和水經冷凝器8后進入中轉罐4。中轉罐的餾出液不斷進行循環脫水，直至達到產品水分要求。
[0019]實施例1
[0020]在反應釜中，以10 g濃硫酸為催化劑，甲酸(412g)與無水乙醇(579 g)進行酯化反應，反應釜內溫度82°C，釜頂產生的蒸汽經過精餾柱進行初步的分離，精餾柱高度lm、塔徑37 _，填充有3mm*0.5mm規格的玻璃彈簧填料；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釜，一部分回到中轉罐，中轉罐的餾出液經過輸送栗后進入蒸發器，蒸發器溫度控制為100°C進入蒸汽滲透膜進行脫水，膜組件為I根膜面積為0.03 m2的單管NaA分子篩膜組件，滲透側壓力控制在300 Pa，水含量為0.06Wt.%停止膜脫水。通過色譜檢測甲酸乙酯的含量，計算收率為97.8%。
[0021]實施例2
[0022]在反應釜中，以十二水合硫酸鐵銨為催化劑(9.7kg)進行甲酸(396g)與無水乙醇(620g)進行酯化反應，反應釜內的溫度為82°C，釜頂產生的蒸汽經過精餾柱進行初步的分離，精餾柱高度I m，塔徑37 mm，填充有3mm*0.5mm規格的玻璃彈簧填料；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釜，一部分回到中轉罐，中轉罐的餾出液經過輸送栗后進入蒸發器，蒸發器溫度控制為100°C進入蒸汽滲透膜進行脫水，膜組件為I根膜面積為0.03 m2的單管T型分子篩膜組件，滲透側壓力控制在300 Pa，水含量為0.05 wt.%停止膜脫水。通過色譜檢測甲酸乙酯的含量，計算收率為96.7%。
【主權項】
1.一種反應精餾-蒸汽滲透膜耦合生產甲酸乙酯的裝置，包括有反應釜(1)、精餾柱(2 )、蒸汽滲透膜(7 )，其特征在于:精餾柱(2 )設置于反應釜(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)的至少一個出口通過中轉罐(4)連接于蒸汽滲透膜(7 )的料液側的入口，蒸汽滲透膜(7 )的料液側的出口連接冷凝器(8 )之后，再連接于中轉罐(4)。2.根據權利要求1所述的反應精餾-蒸汽滲透膜耦合生產甲酸乙酯的裝置，其特征在于:中轉罐(4 )與蒸汽滲透膜(7 )的料液側的入口的連接方式是:中轉罐(4 )的出口依次通過液體輸送栗(5 )、蒸發器(6 )連接蒸汽滲透膜(7 )。3.根據權利要求1所述的反應精餾-蒸汽滲透膜耦合生產甲酸乙酯的裝置，其特征在于:蒸汽滲透膜(7)的滲透側依次連接有滲透液冷凝器(9)、滲透液罐(10)和真空栗(11)。4.根據權利要求1所述的反應精餾-蒸汽滲透膜耦合生產甲酸乙酯的裝置，其特征在于:蒸汽滲透膜(7)的材質選自分子篩膜、無定形二氧化硅膜、殼聚糖膜、PVA膜或海藻酸鈉膜。
【專利摘要】本實用新型涉及一種反應精餾-蒸汽滲透膜耦合生產甲酸乙酯的裝置，屬于膜分離應用技術領域。包括有反應釜（1）、精餾柱（2）、蒸汽滲透膜（7），精餾柱（2）設置于反應釜（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）的至少一個出口通過中轉罐（4）連接于蒸汽滲透膜（7）的料液側的入口，蒸汽滲透膜（7）的料液側的出口連接于反應釜（1）。采用本裝置可以在未引入其它雜質的情況下，使得酯化反應體系中甲酸乙酯和水不斷移除，促進反應向甲酸乙酯的生成方向進行，有效提高了反應的收率，整個酯化反應-蒸汽滲透膜耦合系統占地面積小，易于放大。
【IPC分類】C07C67/08, C07C69/06, C07C67/48
【公開號】CN204779428
【申請號】CN201520403047
【發明人】相里粉娟, 余從立, 顧學紅, 慶祖森
【申請人】江蘇九天高科技股份有限公司
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年6月11日