CN106748737A - 一种共沸萃取精馏浓缩甲酸水溶液中甲酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种共沸萃取精馏浓缩甲酸水溶液中甲酸的方法，采用40～55％正己烷的正庚烷溶液为低沸点共沸萃取剂，原料经共沸萃取精馏分离之后，共沸萃取精馏塔塔顶得到共沸萃取剂和甲酸的混合气体，经冷凝后分为共沸萃取剂层和甲酸层，甲酸层含量≥85.0wt％；共沸萃取剂部分回流至塔顶，另一部分循环至共沸萃取精馏塔；共沸萃取精馏塔塔底得到的含微量甲酸水溶液。本发明工艺简单，经一次分离得到含量85.0％以上的甲酸，甲酸收率达到99.0％以上；共沸萃取精馏过程中所用低沸点共沸萃取剂可循环利用，分离过程能耗低。
Description
技术领域
本发明涉及一种提取甲酸水溶液中甲酸的方法，具体涉及一种共沸萃取精馏分离甲酸和水的方法。
背景技术
甲酸是基本有机化工原料之一，广泛用于农药、皮革、染料、医药和橡胶等工业。甲酸可直接用于织物加工、鞣革、纺织品印染和青饲料的贮存，也可用作金属表面处理剂、橡胶助剂和工业溶剂。在有机合成中用于合成各种甲酸酯、吖啶类染料和甲酰胺系列医药中间体。
在制药和农药等中间体合成过程中，易形成大量甲酸水溶液。目前国内外对于上述溶液的分离，主要采用干燥法和邻苯二甲酸酐回流蒸馏与多步结晶精制法。干燥法采用活性炭、硅胶、硼酐或无水硫酸铜做干燥剂，将甲酸与活性炭或五氧化二磷进行混合，然后减压蒸馏，反复5-10次，方可得到无水甲酸，该方法干燥剂用量大、费时长、能耗高，易形成二次废液和部分甲酸分解和环境等问题；邻苯二甲酸酐回流蒸馏与多步结晶精制法，用邻苯二甲酸酐与甲酸水溶液混合，进行6小时回流蒸馏，去除其中的水分，然后进一步分步结晶制得高纯度甲酸，该方法易产生大量邻苯二甲酸水溶液，邻苯二甲酸水溶液需要进一步处理方可使用，在多步结晶过程中，产品收率仅为37％左右，能耗高，低浓度甲酸水溶液需要进一步处理。
对上述混合液如采取有效分离方法，不仅可以回收甲酸水溶液中甲酸，实现甲酸循环利用，同时解决甲酸废水污染和治理问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种共沸萃取精馏浓缩甲酸水溶液中甲酸的方法，与传统工艺相比，本发明具有工艺简单的特点，经一次分离，甲酸含量达循环使用的要求，且收率较高；共沸萃取精馏过程中所用的低沸点共沸剂便于再生和循环利用，分离过程能耗低。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种共沸萃取精馏浓缩甲酸水溶液中甲酸的方法，包括以下步骤：
1)采用正己烷和正庚烷的混合液为低沸点共沸萃取剂，原料甲酸水溶液进入共沸萃取精馏塔进行分离，甲酸水溶液经共沸萃取精馏分离之后，共沸萃取精馏塔塔顶得到甲酸和共沸萃取剂的混合气体；塔底为少量甲酸水溶液；
2)共沸萃取精馏塔塔顶得到甲酸和共沸萃取剂的混合气体经冷凝后，分为共沸萃取剂层和甲酸层，其中甲酸层中甲酸含量≥85.0wt％，补充共沸萃取剂后，共沸萃取剂部分从共沸萃取精馏塔塔顶回流，另一部分循环至共沸萃取精馏塔。
本发明方法采用了一种共沸萃取精馏方法，将甲酸和水分离及低沸点共沸萃取剂循环使用，在同一共沸萃取精馏塔上实现分离，简化了生产工艺流程。
所述的方法中，原料甲酸水溶液，以质量百分比计，甲酸的含量为45.1-58.9％。
所述的方法中，原料与低沸点共沸萃取剂的进料质量比为1∶0.6～1.0。
所述的方法中，低沸点共沸萃取剂为含40～55wt％正己烷的正庚烷溶液。
所述的方法中，共沸萃取精馏塔的塔顶和塔底的温度分别为68.5～73.6℃和83.3～90.7℃，回流比为1.5～2.0。
所述的方法中，共沸萃取精馏塔塔底得到甲酸水溶液甲酸含量为1.0～1.5wt％。
所述方法中，共沸萃取精馏塔的压力为1.013*106，理论塔板数为≥45，原料进料位置为20，低沸点共沸萃取剂进料位置为35。
有益效果：本发明的共沸萃取精馏浓缩甲酸水溶液中甲酸的方法，将传统共沸精馏和萃取精馏有效集成在同一装置中，在同一共沸萃取精馏塔上实现甲酸精制和低共沸萃取剂回流和循环使用。与传统工艺相比，本发明工艺简单，经一次共沸萃取分离，甲酸的含量达循环使用的要求，且收率较高；共沸萃取精馏过程中所用低共沸萃取剂经分层，可回流和循环利用，分离过程能耗低。
附图说明
图1为本发明的共沸萃取精馏浓缩甲酸水溶液中甲酸的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明所述的技术方案给予进一步详细的说明，但有必要指出以下实施例只用于对发明内容的描述，并不构成对本发明保护范围的限制。
实施例1
本发明的一种共沸萃取精馏浓缩甲酸水溶液中甲酸的方法，分离装置及工艺流程参照图1，其中1为共沸萃取精馏塔，2为共沸萃取精馏塔塔顶冷凝器，3为液液分层罐，4为塔釜加热器；工艺流程中涉及的主要物流包括①为原料甲酸水溶液，②为共沸萃取精馏塔塔顶出料，③液液分层罐中上层低沸点共沸萃取剂回流液，④为液液分层罐下层出料，⑤为液液分层罐中上层循环使用的低沸点共沸萃取剂，⑥为共沸萃取精馏塔底部出料，⑦和⑧为补充的低沸点共沸萃取剂。
共沸萃取精馏塔的操作在常压下进行，塔内径为40mm，内装φ4*4θ型玻璃填料，经用标准体系测定，该填料等板高度HETP＝42mm，塔釜用盘管式电加热，原料、低沸点共沸萃取剂进料及出料均用玻璃转子流量计计量，萃取精馏塔回流和循环均采用外回流。
本发明的一种共沸萃取精馏浓缩甲酸水溶液中甲酸的方法，具体步骤如下：原料甲酸水溶液①由共沸萃取精馏塔1的中上部加入，低沸点共沸萃取剂⑤(含40～55％正己烷的正庚烷溶液)在共沸萃取精馏塔1的中下部位进料，低沸点共沸萃取剂分别在⑦和⑧处补充加入，液液分层灌3上层油相中的低沸点共沸萃取剂部分③回流至共沸萃取精馏塔1，另一部分⑤循环至共沸萃取精馏塔1中下部共沸萃取剂进料处，循环使用。原料甲酸水溶液①经共沸萃取精馏后，共沸萃取精馏塔1塔顶得到的甲酸和低沸点共沸萃取剂经冷凝器2冷凝，进入液液分层罐3后，分为甲酸层④和低沸点共沸萃取剂层③，甲酸层④为含量在85.0％以上甲酸，低沸点共沸萃取剂层部分③回流至共沸萃取精馏塔顶，另一部分循环至共沸萃取精馏塔中下部循环使用；在液液分离罐3和共沸萃取精馏塔1中下部适当补充低沸点共沸萃取剂⑦和⑧；共沸萃取精馏塔1塔底为甲酸含量低于1.50％的甲酸水溶液⑥。
采用某公司提供的甲酸水溶液为原料，经分析其组成成分如表2所示。如非特别说明，以下描述中涉及的物料以及表2中组成均为质量含量。经HP色谱仪分析，原料和各馏分组成详细结果见表2所示。
上述方法的详细步骤如下：
1)低沸点共沸萃取剂⑤(含40～55％正己烷的正庚烷溶液)在共沸萃取精馏塔1的中下部位进料，补充的低沸点共沸萃取剂分别在⑦和⑧位置加入液液分层罐3和共沸萃取精馏塔1中下部，液液分层灌3中的低沸点共沸萃取剂③由液液分层灌3回流至共沸萃取精馏塔1，原料甲酸水溶液①从共沸萃取精馏塔1的中上部加入，控制共沸萃取精馏塔1塔顶、塔底温度分别为68.5～73.6℃和83.3～90.7℃，原料甲酸水溶液①经共沸萃取精馏分离之后，共沸萃取精馏塔1塔顶得到甲酸和低沸点共沸萃取剂的混合气体；共沸萃取精馏塔1塔底得到含少量甲酸水溶液⑥；
2)共沸萃取精馏塔1塔顶得到甲酸和低沸点共沸萃取剂水的混合气体经冷凝后，进入液液分层罐3分层，分为低沸点共沸萃取剂层③和甲酸层④，其中低沸点共沸萃取剂层中甲酸≤0.81wt％(10～12℃)，循环至共沸萃取精馏塔1，甲酸层中含甲酸≥85.9wt％；共沸萃取精馏塔1塔底得到的含1.0～1.5％甲酸水溶液送至废水处理装置。
所述分离过程优选的工艺条件如下：共沸萃取精馏过程中塔底、塔顶温度控制、回流比、进料位置及塔板数见表1所示，分离结果见表2所示。
表1共沸萃取精馏过程工艺条件
表2共沸萃取精馏浓缩甲酸水溶液中甲酸的分离结果
实施例2
按照与实施例1基本相同的方法采用共沸萃取精馏浓缩甲酸水溶液中甲酸，原料甲酸水溶液中甲酸的含量为45.1wt％，工艺条件与实施例1相同，分离后甲酸层中含甲酸为≥85wt％。
实施例3
按照与实施例1基本相同的方法采用共沸萃取精馏浓缩甲酸水溶液中甲酸，原料甲酸水溶液中甲酸的含量为58.9wt％，工艺条件与实施例1相同，分离后甲酸层中含甲酸为≥85wt％。
本发明采用共沸萃取精馏浓缩甲酸水溶液中甲酸的工艺，将传统共沸精馏和萃取精馏有效集成在共沸萃取精馏塔，在共沸萃取精馏塔上实现甲酸浓缩，甲酸含量达到回收使用的要求，简化了生产工艺流程。与传统工艺相比，本发明方法将传统共沸精馏与萃取精馏有效集成，在共沸萃取精馏塔中实现分离，过程简单；甲酸含量和收率分别达到85.0％和99.0％以上，甲酸含量达到回收使用的要求，显著降低甲酸废液的处理量；共沸萃取精馏过程中所用低沸点共沸萃取剂循环利用。
Claims (6)
1.一种共沸萃取精馏浓缩甲酸水溶液中甲酸的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1)采用正己烷和正庚烷的混合溶液为低沸点共沸萃取剂，原料甲酸水溶液进入共沸萃取精馏塔进行分离，共沸萃取精馏塔塔顶得到甲酸和低沸点共沸萃取剂的混合气体；共沸萃取精馏塔塔底为含微量甲酸的水溶液；
2)共沸萃取精馏塔塔顶得到的甲酸和低沸点共沸萃取剂的混合气体经冷凝后，分为低沸点共沸萃取剂层和甲酸层，补充低沸点共沸萃取剂后，低沸点共沸萃取剂部分从共沸萃取精馏塔塔顶回流，另一部分循环至共沸萃取精馏塔；甲酸层中得到含量≥85.0wt％的甲酸水溶液。
2.根据权利要求1所述的一种共沸萃取精馏浓缩甲酸水溶液中甲酸的方法，其特征在于，原料甲酸水溶液，以质量百分比计，甲酸的含量为45.1-58.9％。
3.根据权利要求1所述的一种共沸萃取精馏浓缩甲酸水溶液中甲酸的方法，其特征在于，所述低沸点共沸萃取剂为，以质量含量计，含40～55％正己烷的正庚烷溶液。
4.根据权利要求1所述的一种共沸萃取精馏浓缩甲酸水溶液中甲酸的方法，其特征在于，所述原料与低沸点共沸萃取剂的进料质量比为1∶0.6～1.0。
5.根据权利要求1所述的一种共沸萃取精馏浓缩甲酸水溶液中甲酸的方法，其特征在于，所述共沸萃取精馏塔的塔顶和塔底的温度分别为68.5～73.6℃和83.3～90.7℃，回流比为1.5～2.0。
6.根据权利要求1所述的一种共沸萃取精馏浓缩甲酸水溶液中甲酸的方法，其特征在于，共沸萃取精馏塔塔底得到甲酸水溶液甲酸含量为1.0～1.5wt％。
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