CN111620771B - 一种基于催化反应精馏耦合技术的酯化-水解法提纯乳酸的工艺流程 - Google Patents

一种基于催化反应精馏耦合技术的酯化-水解法提纯乳酸的工艺流程 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于催化反应精馏耦合技术的酯化‑水解法提纯乳酸的工艺流程。该方法首先让低浓度乳酸粗产品与异戊醇在酯化反应精馏塔中发生逆流接触，进行反应精馏得到乳酸异戊酯。富含乳酸异戊酯的塔底产品被送到提纯塔，得到高纯度乳酸异戊酯。高纯度乳酸异戊酯在水解反应精馏塔中进行水解，在塔底得到高纯度乳酸并将富含异戊醇的塔顶产品送入回收塔进行循环利用。本发明具有分离效率高、运行成本低选择性好等优点。

Description

一种基于催化反应精馏耦合技术的酯化-水解法提纯乳酸的 工艺流程
技术领域
本发明涉及一种基于催化反应精馏耦合技术的酯化-水解法提纯乳酸的工艺流程，属于化工分离过程，适用于低浓度乳酸粗产品中乳酸的提纯。
背景技术
乳酸又名a-羟基丙酸，是一种天然存在的有机羧酸，在食品、医药、化工等领域具有广泛的应用，尤其是近年来作为合成可生物降解塑料的原料而成为研究的热点，开发利用前景良好。
工业上生产乳酸的方法主要有发酵法、化学合成法和酶化法。发酵法因原料廉价易得、安全性好、经济效益高等优点，是乳酸的主要生产方式。发酵液中乳酸的分离提纯费用占成本比例较大，目前常用的方法有结晶、溶剂萃取、吸附、离子交换、膜分离、反应精馏法等。如CN 109206310 A提出了一种从D-乳酸钙发酵液中提取D-乳酸的方法，但该方法采用浓硫酸进行酸解，存在环境污染、设备腐蚀等问题。
本发明提供了一种采用催化反应精馏技术提纯乳酸的方法，先将低浓度乳酸粗产品与醇在酯化反应精馏塔中催化合成乳酸酯，利用酯化物相对挥发性大的特点，将乳酸酯与杂质酸或杂质酸的酯化物分离，然后将乳酸酯在水解反应精馏塔中进行催化水解得到高纯度乳酸。
发明内容
本发明采用酯化水解反应精馏耦合技术提纯乳酸，主要包括如下步骤：
（1）酯化反应精馏过程
在酯化反应精馏塔中，乳酸粗产品从反应段上部加入，异戊醇从反应段下部加入，选定的催化剂为硅胶负载型硫酸氢钠催化剂，两相在精馏塔中逆流接触，塔顶得到含少量杂质的水相，塔底得到含大量乳酸异戊酯、少量杂质酸、水以及异戊醇的油相。塔底产品送入提纯塔，提纯塔塔底得到杂质酸，塔顶得到高纯度乳酸异戊酯。高纯度乳酸异戊酯送入水解反应精馏塔。
（2）水解反应精馏过程
将过程（1）得到的高纯度乳酸异戊酯从水解反应精馏塔的反应段上部加入，水从反应段下部加入，采用离子交换树脂催化剂，在塔底得到高纯度乳酸，塔顶产品依次送入脱水塔、溶剂回收塔进行异戊醇的回收利用。
乳酸粗产品中乳酸的质量分数为25-45%。
酯化反应精馏塔的工艺条件为：0.3-1.0 bar，反应段理论板2-8块，精馏段理论板2-4块，提馏段理论板3-6块，乳酸粗产品进料位置为第3-5块理论板，异戊醇进料位置为第4-12块理论板，醇酸进料摩尔比为（1-2）：1。
水解反应精馏塔的工艺条件为：常压，反应段理论板2-26块，精馏段理论板2-4块，提馏段理论板3-6块，乳酸异戊酯进料位置为第3-5块理论板，水进料位置为第4-30块理论板，水酯进料摩尔比为（2-15）:1。
本发明的优点：本文采用酯化水解反应精馏耦合的工艺流程，对提纯低浓度乳酸粗产品具有较好的经济效益。采用固体催化剂，避免了使用浓硫酸造成设备腐蚀问题，且催化剂易于回收利用。
附图说明
图1为乳酸提纯的酯化水解反应精馏耦合的工艺流程图
图中T1为酯化反应精馏塔，T2为乳酸异戊酯提纯塔，T3为水解反应精馏塔，T4为脱水塔，T5为异戊醇回收塔。1为异戊醇新鲜溶剂，2为乳酸粗产品，3为含大量乳酸异戊酯的塔底产品，4、5为含大量水的塔顶产品，6为高纯度乳酸异戊酯，7为杂质酸，8为高纯度乳酸目的产品，9为含杂质的异戊醇水溶液，10为水，11为异戊醇与乳酸异戊酯混合物，12为乳酸异戊酯，13为回收利用的异戊醇。
新鲜异戊醇溶剂1、回收异戊醇溶液13与乳酸粗产品2分别从T1塔反应段下部和上部进入，进行催化酯化反应，产物经过精馏分离后，塔顶一部分水相5进入塔T2，塔底产品3进入T2塔，经过精馏分离后，塔顶高纯度乳酸异戊酯6进入塔T3，物流5与物流2在塔T3中进行水解反应精馏，塔顶产物9进入T4塔进行脱水，塔底产品11进入T5塔进行异戊醇的回收，塔顶产品13进入塔T1进行循环利用。T3塔底得到高纯度乳酸。
具体实施方式
实施例1
实施例的具体流程图参见图1。本实施例的物料组成均以质量分数为基础。
物流1异戊醇的流量为220 kg/h，物流1与物流13从酯化反应精馏塔T1的第9块塔板进料，物流2为乳酸粗产品，乳酸质量分数为40%，水的质量分数为56%，杂质酸为4%，从T1塔的第3块塔板进料。T1塔的操作压力为0.3 bar，反应段理论板数为7，精馏段塔板为2，提馏段塔板为3，塔径为1.4 m，再沸器热负荷1500 W。物流3进料位置为T2塔第5块塔板，T2塔理论板为10块，塔径为0.8 m，操作压力0.1 bar。物流5进料位置为T3塔第26块塔板，物流6进料位置为T3塔第3块塔板，水酯进料摩尔比为2.5，T3塔的操作压力为常压，塔径0.8 m，理论板数为29，反应段理论板数为24，精馏段理论板数为2，提馏段理论板数为3，再沸器热负荷1700 W。T3塔的塔底物流8的乳酸质量分数为82.4%。脱水塔T9的理论板数为12，操作压力为常压，再沸器热负荷271 W，塔径1.0 m。T5塔理论板数为10，操作压力0.5 bar，塔径为0.5m，再沸器热负荷226 W。物流13的质量流量为771 kg/h，异戊醇质量分数为99.7%。
实施例2
保持乳酸异戊酯提纯塔T2，脱水塔T4以及溶剂回收塔T5的操作条件如实施例1不变，酯化反应精馏塔的反应段理论板数为5，精馏段理论板数为3，提馏段理论板数为3，乳酸进料位置为第4块理论板，异戊醇进料位置为第8块理论板，酸醇进料摩尔比为1，水解反应精馏塔的反应段为15，精馏段理论板数为4，提馏段理论板数为3，乳酸异戊酯和水分别从第5和第19块塔板处进料，水酯进料摩尔比为3，其他操作条件不变。经过整个工艺流程分离后，乳酸的含量为81%。

Claims (4)

1.一种基于催化反应精馏耦合技术的酯化-水解法提纯乳酸的工艺流程，其特征在于：该方法采用催化反应精馏技术，其中包括酯化反应精馏塔、乳酸异戊酯提纯塔、水解反应精馏塔、脱水塔以及溶剂回收塔，分别以硅胶负载型硫酸氢钠和离子交换树脂为酯化和水解反应催化剂，并包括以下步骤：（1）让低浓度乳酸粗产品与异戊醇在装有硅胶负载型硫酸氢钠催化剂的酯化反应精馏塔中进行逆流接触，发生酯化反应，富含乳酸异戊酯的塔底产品被送入提纯塔；（2）提纯塔的塔顶得到高纯度乳酸异戊酯并送入水解精馏塔；（3）乳酸异戊酯在离子交换树脂催化作用下进行水解，塔底得到高纯度乳酸产品，塔顶产品送入脱水塔；（4）脱水塔塔底得到的异戊醇与乳酸异戊酯的混合物送入溶剂提纯塔，提纯塔塔顶得到的异戊醇送入酯化反应精馏塔进行循环利用；所述催化剂装填量为塔板持液量的50%。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酯化反应精馏塔的工艺条件为：0.3-1.0 bar，反应段理论板2-8块，精馏段理论板2-4块，提馏段理论板3-6块，乳酸粗产品进料位置为第3-5块理论板，异戊醇进料位置为第4-12块理论板，醇酸进料摩尔比为（1-2）：1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水解反应精馏塔的工艺条件为：常压，反应段理论板2-26块，精馏段理论板2-4块，提馏段理论板3-6块，乳酸异戊酯进料位置为第3-5块理论板，水进料位置为第4-30块理论板，水酯进料摩尔比为（2-15）:1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法适用于乳酸质量分数25-45%之间的乳酸粗产品。
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