CN216778491U

CN216778491U - 一种利用氯碱工业废弃离子膜分离甲醇和乙酸甲酯混合物的装置

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Publication number: CN216778491U
Application number: CN202123379676.0U
Authority: CN
Inventors: 高明明; 王海曦; 杨国泰; 高瑞; 刘晓旭; 潘文达
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-12-30
Filing date: 2021-12-30
Publication date: 2022-06-21
Anticipated expiration: 2031-12-30

Abstract

一种利用氯碱工业废弃离子膜分离甲醇和乙酸甲酯混合物的装置，该装置包括甲醇/乙酸甲酯料液罐、平板膜组件水浴槽、平板膜组件、渗透侧冷凝器A、渗透侧冷凝器B、渗透侧冷凝器B油浴槽、渗透液接受罐A、渗透液接受槽B；本实用新型利用氯碱行业废弃的离子膜进行再生得到的氢型再生全氟离子膜作为平板膜组件，装入渗透汽化分离系统，用于甲醇和乙酸甲酯混合物的分离，解决了废弃离子膜的处理难题，而且有效解决了甲醇/乙酸甲酯分离问题，节约成本，减少了污染。

Description

一种利用氯碱工业废弃离子膜分离甲醇和乙酸甲酯混合物的装置

技术领域

本实用新型属于化学工程领域，特别涉及一种利用氯碱工业废弃离子膜分离甲醇和乙酸甲酯混合物的装置。

背景技术

氯碱离子膜，即氯碱工业中离子膜法制碱用的全氟离子膜，是离子膜法制碱工艺中最核心的材料。由于离子膜法制碱工艺的广泛应用，以及离子膜使用寿命的限制，我国每年会产生近20万平方米（重量近60吨）的废弃离子膜。这些离子膜具有良好的化学稳定性和热稳定性，不易处理。目前，对于氯碱行业废弃的离子膜通常是采用填埋或焚烧的方法。填埋导致土地浪费，且离子膜难降解，即使经过漫长时间降解后也会污染地下水质；而焚烧则会产生大量的氟化物和硫化物等有害气体，严重污染大气环境。

中国专利ZL200510025801.4公开了一种全氟磺酸树脂溶液制备的方法，其以废弃全氟离子膜为原料，依次置于3～60wt％的无机酸、浓度为0.05～0.3mol/L的乙二胺四乙酸二钠水溶液和浓度为0.1～2mol/L氢氧化钠水溶液浸泡，然后与溶剂置于容器中，在有惰性气体存在的条件下，于150℃～280℃，保持0.5～18小时后即得到全氟磺酸树脂溶液。中国专利申请CN100445325C公开了一种从氯碱工业的废弃离子交换膜中制备全氟磺酸树脂溶液的方法。操作简单易行，可重复性强，产品性能恒定，具有实用价值。它包括将废弃膜由盐型转变为酸型。中国专利申请CN102989320B公开了一种将工业废弃氯碱膜用于甲醇和碳酸二甲酯混合物的分离，具体地说，利用氯碱工业废弃的全氟离子膜用于甲醇和碳酸二甲酯混合物的分离。中国专利申请CN102266729B公开了针对现有背景技术而提供一种机械强度高、稳定性好且具有良好分离性能的用于渗透汽化分离甲醇/醋酸甲酯共沸体系的有机-无机杂化膜。上述已有技术废弃氯碱膜回收使用率仍然不高，容易造成资源的浪费和环境的污染。

乙酸甲酯是一种有机化合物，分子式为C₃H₆O₂，微溶于水，可混溶于乙醇、乙醚等多数有机溶剂，广泛用于纺织、香料和医药等行业，是一种有机原料的中间体，可以用来合成醋酸、酸酐、丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、乙酰胺等。醋酸甲酯的主要生产方法有直接酯化法和甲醇羰化法，均以甲醇为原料，甲醇与醋酸甲酯能形成共沸物，所以从醋酸甲酯中去除甲醇是产品纯化的重要工艺。此外，在生产聚四氢呋喃过程中，聚四亚甲基乙二醇酯在甲醇钠做催化剂的情况下，与过量甲醇发生酯化反应生成乙酸甲酯，与未参与反应的甲醇混合形成共沸物（产量近6200吨/年），传统的分离方法有普通精馏、共沸精馏和萃取精馏等，聚四氢呋喃装置采用共沸精馏的分离方式，共沸精馏塔塔顶采出乙酸甲酯含量仅为78wt%-80wt%，分离效果一般且耗能较高。渗透汽化（Pervaporation，简称PV）是继微滤、超滤、电渗析、反渗透及气体分离等膜技术之后的一种新型膜分离技术。渗透汽化是它在液体混合物中组分蒸汽分压差的推动力下用于液体混合物分离的，利用组分在膜中溶解和扩散速度的不同实现混合物的分离过程。其突出优点是能耗低，且特别适用于蒸馏法难以分离的共沸和近沸体系。因此，开发一种利用氯碱工业废弃离子膜分离甲醇和乙酸甲酯混合物的装置是非常必要的。

发明内容

本实用新型的目的是将氯碱工业废弃离子膜再生后用于甲醇和乙酸甲酯混合物的分离。

本实用新型的构思为：将工业废弃离子膜氢化后得到氢型再生全氟离子膜制成平板膜组件装入渗透汽化分离系统，用于甲醇和乙酸甲酯混合物的分离过程，其中料液（即甲醇/乙酸甲酯混合物）温度为40～60℃，料液温度高有利于获得较高的渗透通量；料液中甲醇的含量为20-80wt%。所述的渗透汽化系统结构包括置于水浴槽中的料液罐和平板膜组件，料液罐和平板膜组件之间以管道和循环泵形成回路；平板膜组件的渗滤侧连接冷凝器和真空泵；料液通过循环泵输送至平板膜组件并循环回到料液罐内，平板膜组件的渗滤侧利用真空泵抽真空的方式提供负压，并在冷凝后收集渗透液，渗滤侧抽真空。

本实用新型的技术方案为：一种利用氯碱工业废弃离子膜分离甲醇和乙酸甲酯混合物的装置，包括甲醇/乙酸甲酯料液罐、平板膜组件水浴槽、平板膜组件、渗透侧冷凝器A、渗透侧冷凝器B 、渗透侧冷凝器B油浴槽、渗透液接受槽A、渗透液接受槽B；甲醇/乙酸甲酯料液罐顶部与甲醇/乙酸甲酯进料管线相连，甲醇/乙酸甲酯料液罐底部通过甲醇/乙酸甲酯料液罐底泵入口管线与甲醇/乙酸甲酯料液罐底泵相连，再通过甲醇/乙酸甲酯料液罐底泵出口管线与平板膜组件相连，平板膜组件一侧通过平板膜组件水浴出口管线与平板膜组件水浴槽相连，其另一侧通过平板膜组件至渗透侧冷凝器A管线与渗透侧冷凝器A相连，渗透侧冷凝器A通过渗透液接受槽A管线与渗透液接受槽A相连；再通过渗透液接受槽A至渗透侧冷凝器B管线与渗透侧冷凝器B相连；渗透侧冷凝器B上段通过渗透侧冷凝器B冷媒出口管线与渗透侧冷凝器B油浴槽相连，其下段通过渗透侧冷凝器B至渗透液接受槽B管线与渗透液接受槽B相连。渗透液接受槽B通过渗透液接受槽B至真空泵管线与真空泵相连。本实用新型利用氯碱行业废弃的离子膜进行再生得到的氢型再生全氟离子膜作为平板膜组件，装入渗透汽化分离系统，用于甲醇和乙酸甲酯混合物的分离，解决了废弃离子膜的处理难题，而且有效解决了甲醇/乙酸甲酯分离问题，节约成本，减少了污染。

本实用新型具有如下显著效果：

1）使用由废弃氯碱膜氢化制备的氢型再生全氟离子膜分离甲醇和乙酸甲酯混合物的装置，替代原有传统分离方法共精馏分离甲醇和乙酸甲酯，实现甲醇与乙酸甲酯的分离，一方面提高了副产物乙酸甲酯的纯度，提升其价值；另一方面，氯碱行业中废弃的离子膜不仅得以再生、重复利用，而且可以避免现有焚烧或填埋处理方法所造成的环境污染；

2）利用氯碱行业废弃的离子膜进行氢化、加工处理的氢型再生全氟离子膜片作为平板膜组件，解决了废弃离子膜的处理难题，避免现有焚烧或填埋处理方法所造成的环境污染，具有一定的环境效益；

3）实现甲醇与乙酸甲酯的有效分离，通过提高副产乙酸甲酯的纯度，来提高外售乙酸甲酯的价格，进而提高了聚四氢呋喃装置的经济效益，具有一定的经济效益。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

如图所示：1-甲醇/乙酸甲酯料液罐；2-平板膜组件水浴槽；3-平板膜组件；4-渗透侧冷凝器A；5-渗透侧冷凝器B油浴槽；6-渗透侧冷凝器B；7-渗透液接受槽A；8-渗透液接受槽B；9-平板膜组件至料液罐循环管线；10-甲醇/乙酸甲酯进料管线；11-蒸汽进口管线；12-平板膜组件水浴出口管线；13-蒸汽凝液管线；14-甲醇/乙酸甲酯料液罐底泵入口管线；15-平板膜组件水浴入口管线；16-甲醇/乙酸甲酯料液罐底泵出口管线；17-甲醇/乙酸甲酯料液罐底泵；18-平板膜组件至渗透侧冷凝器A管线；19-渗透侧冷凝器A循环水出口管线；20-渗透侧冷凝器A循环水入口管线；21-渗透侧冷凝器A至渗透液接受槽A管线；22-渗透液接受槽A至渗透侧冷凝器B管线；23-渗透侧冷凝器B冷媒出口管线；24-渗透侧冷凝器B冷媒入口管线；25-渗透侧冷凝器B至渗透液接受槽B管线；26-渗透液接受槽B至真空泵管线；27-真空泵出口管线；28-真空泵。

具体实施方式

本实用新型的具体实施方式结合附图加以说明。

一种利用氯碱工业废弃离子膜分离甲醇和乙酸甲酯混合物的装置，包括甲醇/乙酸甲酯料液罐1、平板膜组件水浴槽2、平板膜组件3、渗透侧冷凝器A-4、渗透侧冷凝器B-6、渗透侧冷凝器B油浴槽5、渗透液接受槽A-7、渗透液接受槽B-8。

设备功能说明：

甲醇/乙酸甲酯料液罐1用来贮存甲醇/乙酸甲酯料液；平板膜组件水浴槽2是用来给平板膜组件加热的水浴槽；平板膜组件3是用来分离甲醇和乙酸甲酯的平板膜组件；渗透侧冷凝器A-4是用来冷凝渗透侧物料的冷凝器A；渗透侧冷凝器B油浴槽5是用来为渗透侧冷凝器B提供冷凝介质的油浴槽；渗透侧冷凝器B-6用来进一步冷凝渗透侧物料的冷凝器B；渗透液接受槽A-7用来接收渗透侧冷凝液A冷凝液的接收槽；渗透液接受槽B-8用来接收渗透侧冷凝器B冷凝液的接受槽；平板膜组件至料液罐循环管线9是用来将甲醇/乙酸甲酯循环回料液罐的管线；甲醇/乙酸甲酯进料管线10是用来加入甲醇/乙酸甲酯料液的管线；蒸汽进口管线11是用来提供料液罐加热的蒸汽；平板膜组件水浴出口管线12是用来给平板膜组件加热水浴的出口管线；蒸汽凝液管线13是用来排除换热后蒸汽凝液的管线；甲醇/乙酸甲酯料液罐底泵入口管线14是用来向料液罐底泵输送甲醇/乙酸甲酯的管线；平板膜组件水浴入口管线15是用来用来给平板膜组件加热水浴的出口管线；甲醇/乙酸甲酯料液罐底泵出口管线16是用来为平板膜组件提供进料的管线；甲醇/乙酸甲酯料液罐底泵17是用来输送甲醇/乙酸甲酯料液的泵；平板膜组件至渗透侧冷凝器A管线18用来为渗透侧冷凝器A提供物料的管线；渗透侧冷凝器A循环水出口管线19是用来为渗透侧冷凝器A提供冷却循环水的出口管线；渗透侧冷凝器A循环水入口管线20是用来为渗透侧冷凝器A提供冷却循环水的入口管线；渗透侧冷凝器A至渗透液接受槽A管线21用来为渗透液接受槽A接受渗透侧冷凝器A冷凝后物料的管线；渗透液接受罐A至渗透侧冷凝器B管线22用来向渗透侧冷凝器B提供渗透侧冷凝器A未冷凝的物料；渗透侧冷凝器B冷媒出口管线23是用来为渗透侧冷凝器A提供冷媒的出口管线；渗透侧冷凝器B冷媒入口管线24用来为渗透侧冷凝器B提供冷媒的入口管线；渗透侧冷凝器B至渗透液接受槽B管线25是用来接收渗透侧冷凝器B冷凝液体；渗透液接受槽B至真空泵管线26是用来为真空泵提供不凝气相的管线；真空泵出口管线27用来排出真空泵气相至大气。

本装置工作流程：

1）由加入甲醇/乙酸甲酯料液的管线10，将料液加入甲醇/乙酸甲酯料液罐1；

2）通过蒸汽管线11为甲醇/乙酸甲酯料液罐加热，并通过13排出蒸汽凝液；

3）启动真空泵28为整个系统抽真空；

4）渗透侧冷凝器A由渗透侧冷凝器A循环水入口管线20通入循环水，并由渗透侧冷凝器A循环水出口管线19排出，设定冷凝温度；

4）渗透侧冷凝器B由渗透侧冷凝器B冷媒入口管线24通入冷媒，并由渗透侧冷凝器B冷媒出口管线23循环回至渗透侧冷凝器B油浴槽，设定冷凝温度；

5）待真空达到要求后，启动输送甲醇/乙酸甲酯料液的泵17将料液送入平板膜组件3；

6）一部分物料经平板膜组件至料液罐循环管线9返回至甲醇/乙酸甲酯料液罐1，平板膜组件渗透侧物料经过渗透侧冷凝器A-4冷凝后，进入渗透液接受槽A-7；

7）未冷凝物料经过渗透侧冷凝器B-6进一步冷凝，凝液进入渗透液接受槽B-8；

8）取样分析检测渗透液接受槽A-7、渗透液接受槽B-8和甲醇/乙酸甲酯料液罐1内物料组分情况。

本实用新型实施例：

a.料液为甲醇和乙酸甲酯混合物的共沸体系，其中甲醇的质量分数为20-30%，在40℃-60℃下分离。用水浴槽加热料液，料液通过循环泵，从料液罐内输送至膜组件并循环回到料液罐循环，并利用真空泵抽真空的方式控制平板膜组件渗滤侧的真空度，经过冷凝器冷凝后收集渗透液。采用气相色谱分析原料液和渗透液组分。

b.料液为甲醇和乙酸甲酯混合物的共沸体系，其中甲醇的质量分数为80%-90%，在40-60℃下分离。用水浴槽加热料液，料液通过循环泵，从料液罐内输送至膜组件并循环回到料液罐循环，并利用真空泵抽真空的方式控制平板膜组件渗滤侧的真空度，经过冷凝器冷凝后收集渗透液。采用气相色谱分析原料液和渗透液组分。

c.料液为甲醇和乙酸甲酯混合物的共沸体系，其中甲醇的质量分数为30%-80%，在40-60℃下分离。用水浴槽加热料液，料液通过循环泵，从料液罐内输送至膜组件并循环回到料液罐循环，并利用真空泵抽真空的方式控制平板膜组件渗滤侧的真空度，经过冷凝器冷凝后收集渗透液。采用气相色谱分析原料液和渗透液组分。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方案，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见得到的技术方案的简单变化或等同替换均落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种利用氯碱工业废弃离子膜分离甲醇和乙酸甲酯混合物的装置，其特征在于，该装置包括甲醇/乙酸甲酯料液罐、平板膜组件水浴槽、平板膜组件、渗透侧冷凝器A、渗透侧冷凝器B 、渗透侧冷凝器B油浴槽、渗透液接受罐A、渗透液接受槽B；甲醇/乙酸甲酯料液罐顶部与1,4-甲醇/乙酸甲酯进料管线相连，甲醇/乙酸甲酯料液罐底部通过甲醇/乙酸甲酯料液罐底泵入口管线与甲醇/乙酸甲酯料液罐底泵相连，再通过甲醇/乙酸甲酯料液罐底泵出口管线与平板膜组件相连，平板膜组件一侧通过平板膜组件水浴出口管线与平板膜组件水浴槽相连，其另一侧通过平板膜组件至渗透侧冷凝器A管线与渗透侧冷凝器A相连，渗透侧冷凝器A通过渗透液接受罐A管线与渗透液接受罐A相连；再通过渗透液接受罐A至渗透侧冷凝器B管线与渗透侧冷凝器B相连；渗透侧冷凝器B上段通过渗透侧冷凝器B冷媒出口管线与渗透侧冷凝器B油浴槽，其下段通过渗透侧冷凝器B至渗透液接受槽B管线与渗透液接受槽B相连，渗透液接受槽B通过渗透液接受槽B至真空泵管线与真空泵相连。