CN115246810A - 乙交酯连续生产装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种乙交酯连续生产装置及其应用。所述装置包括裂解成环反应器、与所述裂解成环反应器的排气口相连接的喷淋冷却器、与所述裂解成环反应器的固体排料口相连接的真空干馏器、以及与所述喷淋冷却器相耦合的结晶单元。
Description
技术领域
本发明涉及聚合物制备领域,尤其涉及一种乙交酯连续生产装置及基于该装置制备乙交酯的方法。
背景技术
聚乙醇酸(polyglycolic acid,简称PGA)是一种生物可降解的脂肪族聚合物,其可在微生物或生物体内酶或酸、碱的催化下水解,最终形成二氧化碳和水,是极具发展潜力的可降解材料。在应用方面,PGA除了可被应用于医药医疗器械材料领域,还可被用于膜制品领域,例如可被制成农用地膜、购物袋、快递袋、包装袋、保鲜袋等,也可被用于加工成烃资源回收用井下工具构件(例如桥塞、压裂球等)、暂堵剂材料等。由此可见,PGA作为一种新兴的可降解材料,具有可观的经济效益和良好的应用前景。
目前,聚乙醇酸的制备工艺包括称为两步法的路线,是先通过乙醇酸或乙醇酸酯类物质(例如乙醇酸甲酯)脱水缩聚以制得分子量不高的聚合物,然后将该分子量不高的聚合物加热裂解成环以形成乙交酯,再通过乙交酯的开环聚合来制备聚乙醇酸。
两步法工艺路线中,乙交酯是合成聚乙醇酸及其共聚物的重要中间产物,乙交酯的纯度会直接影响最终生成的聚乙醇酸的性能。而目前在以乙醇酸或乙醇酸酯类物质为原料通过缩聚-裂解成环来制备乙交酯的过程中,需要在高温、高真空度且高沸点溶剂的条件下进行反应,反应条件较为苛刻,能耗大,釜内物料容易结焦,清洗麻烦,并容易导致产品收率降低、管线堵塞,另外,由于大量高沸点溶剂的使用,不仅给工业生产带来环保压力,还会对产品纯度有较大的影响。
目前,在乙交酯制备工艺的改进方面,已做出了许多尝试。例如,US2668162公开了一种方法,其是将乙醇酸低聚物破碎成粉末,并在超高真空下(12-15托(1.6-2.0kPa))于270-285℃加热,并以少量多份(约20g/小时)的方式进料到反应容器中以进行解聚,收集所得含有乙交酯的蒸汽。虽然该方法适于小规模生产,但是其难以实现稳定的扩大化工业生产;另外,在加热时容易引起低聚物变质,其会以大量残余物的形式滞留在反应容器中,导致乙交酯产率下降,需要花费大量的人力时间来清除残余物;再者,乙交酯在高温高真空下从反应容器中以气态的方式被蒸出,直接收集热的液态乙交酯,不可避免地要在伴热的换热器、缓存罐、泵、输送管线中停留,这就进一步加剧了乙交酯的变质程度,更有甚者,在伴热设备、管道、阀门的流动死区(哪怕只有几毫米)停留的乙交酯也会由于自聚凝固而发生淤堵,甚至会堵塞管道,导致生产被迫终止,造成极大的经济损失。
因此,针对裂解成环反应器生成的气相乙交酯后,随着物料体系粘度增加造成反应釜底部的凝固和/或结焦,本领域迫切需要提供一种提高排出的物料中含有的乙交酯的利用率的方法。
发明内容
本发明旨在提供一种乙交酯连续生产装置及基于该装置制备乙交酯的方法。
在本发明的第一方面,提供一种乙交酯连续生产装置,包括裂解成环反应器、与所述裂解成环反应器的排气口相连接的喷淋冷却器、与所述裂解成环反应器的固体排料口相连接的真空干馏器、以及与所述喷淋冷却器相耦合的结晶单元。
在另一实施方式中,所述喷淋冷却器与结晶单元近端进料口之间依次连接有固液分离器I和溶解搅拌器。
在另一实施方式中,所述装置还包括溶解溶剂储液罐,其通过溶解溶剂供给管路与所述溶解搅拌器的进液口连接。
在另一实施方式中,所述结晶单元远端出料口连接有固液分离器II。
在另一实施方式中,所述与结晶单元远端出料口连接的固液分离器II与所述溶解溶剂供给管路之间通过液体循环管路连接。
在另一实施方式中,喷淋溶剂储液罐通过喷淋溶剂供给管路与所述喷淋冷却器的顶部进料口连接。
在另一实施方式中,所述结晶单元设置至少2个串联结晶釜。
在另一实施方式中,所述串联结晶釜中远端结晶釜的侧线与相邻近端结晶釜的底部出料口连接。
在另一实施方式中,所述真空干馏器顶部的排气口通过气体循环管路与喷淋冷却器连接。
在本发明的第二方面,提供一种通过如上所述的本发明提供的装置连续生产乙交酯的方法,所述方法包括步骤:
(1)使乙醇酸或其酯类低聚物和催化剂在裂解成环反应器中反应得到乙交酯蒸汽或气相乙交酯以及半流体物料;
(2)将通过裂解成环生成的乙交酯蒸汽或气相乙交酯在喷淋冷却器中进行喷淋冷却得到浆料1;及
(2’)将裂解成环反应器中的半流体物料导入真空干馏器后形成的乙交酯蒸汽或气相乙交酯在喷淋冷却器中进行喷淋冷却得到浆料1;
(3)处理浆料1得到预处理溶液;
(4)将预处理溶液逐个导入含有2个以上串联的结晶釜的结晶单元得到浆料2;和
(5)分离浆料2得到精乙交酯。
在另一实施方式中,步骤(1)中所述乙醇酸或其酯类低聚物的重均分子量为1-5万。
在另一实施方式中,步骤(1)中所述催化剂选自锡类化合物、锑类化合物或锌类化合物中的至少一种。
在另一实施方式中,步骤(2)或(2’)中用于喷淋冷却的溶剂包括酯类、醇类、醚类、和酮类中的至少一种。
在另一实施方式中,所述醇类选自C3-5饱和一元醇或多元醇中的一种或两种以上;所述酯类为乙酸丁酯;所述醚类选自乙二醇二甲醚和/或正丁醚;所述酮类选自环己酮和/或甲基异丁基酮。
在另一实施方式中,步骤(2’)中导入真空干馏器的半流体物料的旋转粘度为25000-100000cp。
在另一实施方式中,步骤(2)或(2’)中用于喷淋冷却的溶剂用量为待处理乙交酯蒸汽或气相乙交酯质量的4-20倍。
在另一实施方式中,步骤(2)或(2’)中用于喷淋冷却的溶剂温度为-20℃至60℃。
在另一实施方式中,步骤(2’)中的真空干馏器温度为230-280℃,绝对压力≤5kPa。
在另一实施方式中,步骤(3)在溶解搅拌器中处理浆料1。
在另一实施方式中,步骤(3)中所述处理为使浆料1固液分离后得到的固体溶解得到预处理溶液;用于溶解固体的溶剂为乙酸酯类、酮类或甲烷氯代物中的至少一种。
在另一实施方式中,以预处理溶液的总重量计,其中乙醇酸二聚物的含量不超过500ppm。
在另一实施方式中,步骤(4)中导入的第一个结晶釜的温度较步骤(3)的溶解温度低5-30℃,导入的最后一个结晶釜的温度不高于0℃;例如,从第一至最后一个结晶釜的温度设置逐个下降,每个结晶釜与串联的相邻结晶釜的温度差在5-35℃之间。
在另一实施方式中,步骤(4)导入的预处理溶液在结晶釜中停留时间为5-150分钟。
在另一实施方式中,步骤(5)使浆料2固液分离得到精乙交酯和母液。
在另一实施方式中,步骤(5)所述母液经液体循环管路返回溶解溶剂供给管路,进行步骤(3)的处理。
据此,本发明提供了一种提高排出的物料中含有的乙交酯的利用率的方法。
附图说明
图1是本发明提供的乙交酯连续生产装置示意图。
具体实施方式
发明人经过广泛而深入的研究,发现在裂解成环反应进行到一定程度时,将反应釜底的物料排出来,可有效避免釜底结焦;对于排出的物料中依然含有的乙交酯则进行干馏,回收其中的乙交酯;通过将干馏、喷淋冷却、连续结晶等手段结合,可实现乙交酯的连续化工业生产。在此基础上,完成了本发明。
乙交酯连续生产装置
本发明提供一种乙交酯连续生产装置,包括裂解成环反应器、与所述裂解成环反应器的排气口相连接的喷淋冷却器、与所述裂解成环反应器的固体排料口相连接的真空干馏器、与所述喷淋冷却器相耦合的连续降温冷却结晶单元。
优选地,所述裂解成环反应器的排气口设置在裂解成环反应器的顶部或侧上部。
优选地,所述裂解成环反应器的固体排料口设置在裂解成环反应器的底部或侧下部。
优选地,所述喷淋冷却器的侧下部设有进气口,该进气口与裂解成环反应器的排气口相连接,并且所述喷淋冷却器顶部设有喷淋溶剂进液口,该喷淋溶剂进液口通过喷淋溶剂供给管路与喷淋溶剂储液罐相连接,所述喷淋溶剂供给管路上设有冷却器,进一步地还可以设有液体输送泵。
在本发明的一种实施方式中,采用真空泵对喷淋冷却器进行抽空减压,以使得其内部的压力降低至与裂解成环反应器中的压力相同或大致相同。
作为一种实施方案,所述喷淋冷却器与连续降温冷却结晶单元之间设有固液分离器I和溶解搅拌器,所述溶解搅拌器顶部设有溶解溶剂进液口,该溶解溶剂进液口通过溶解溶剂供给管路与溶解溶剂储液罐相连接;较佳地,所述溶解溶剂供给管路上设有液体输送泵;在工作状态下,所述喷淋冷却器中乙交酯蒸汽或气相乙交酯经喷淋冷却而形成的浆料经由喷淋冷却器的底部出料口排出,并进入固液分离器I中进行固液分离,分离得到的固体物料转移至溶解搅拌器中,采用溶解溶剂将固体物料进行搅拌溶解,获得预处理溶液,再将其导入至连续降温冷却结晶单元进行连续降温冷却结晶。为了使固体物料能够快速而充分地溶解,可将溶解搅拌器采用常规的伴热方式进行加热。在一种实施方式中,将预处理溶液导入连续降温冷却结晶单元的管路上设有液体输送泵。
作为一种实施方案,所述连续降温冷却结晶单元包括温度呈阶梯式下降设置的至少2个串联的结晶釜。
优选地,所述结晶釜共设有2-5个。如第一结晶釜、第二结晶釜、第三结晶釜、第四结晶釜、第五结晶釜等。
作为一种实施方案,所述连续降温冷却结晶单元中各串联的结晶釜均采用侧线进料(例如由结晶釜的侧上部位置进料),并且下一个结晶釜的侧线与上一个结晶釜的底部出料口相连接。
优选地,所述连续降温冷却结晶单元中的第一结晶釜的侧线与溶解搅拌器的底部出液口相连接。
作为一种实施方案,所述装置还包括与所述连续降温冷却结晶单元中的最后一个结晶釜的底部出料口相连接的固液分离器II。
优选地,所述固液分离器II设有排液口和排固口,所述排液口通过液体循环管路与溶解溶剂供给管路相连接,在工作状态下,进入固液分离器II的浆料经固液分离后,所得母液中的大部分通过排液口经由液体循环管路、溶解溶剂供给管路返回至溶解搅拌器中进行循环利用,所得固体经真空干燥后,转移至产品收集罐中。一种实施方式中,在液体循环管路上设有液体输送泵。
作为一种实施方案,所述真空干馏器为真空螺带干馏器,包括干馏器本体、沿干馏器本体的轴向设置在干馏器本体内部的螺带转轴、与螺带转轴传动连接的驱动电机。
优选地,所述干馏器本体呈筒状结构,外侧设有加热套,并且所述干馏器本体的进料端设有进料口,出料端设有排渣缓冲机构,所述进料口与裂解成环反应器的固体排料口相连接,所述干馏器本体顶部设有至少1个排气口,排气口通过气体循环管路与喷淋冷却器的侧下部的进气口相连接。
优选地,所述排气口设有多个,并沿干馏器本体的轴线方向均匀间隔地布设在干馏器本体顶部。
进一步地,所述排渣缓冲机构包括设置在干馏器本体出料端的集料仓、与集料仓相连接的锁斗,所述锁斗下方设有料渣输送带。
优选地,所述螺带转轴包括中心轴以及沿中心轴的轴向呈螺旋状缠绕布设在中心轴上的外螺带和内螺带,所述外螺带的弯曲方向与所述内螺带的弯曲方向一致,并且所述外螺带与所述内螺带一体成型设置。
乙交酯连续生产方法
本发明提供了一种乙交酯的连续生产方法,所述方法的步骤包括:
第一步,使熔融的聚乙醇酸或其酯(或称乙醇酸或其酯类低聚物)裂解成环生成乙交酯蒸汽或气相乙交酯;
第二步,使用溶剂喷淋乙交酯蒸汽或气相乙交酯形成浆料1;
第三步,使浆料1固液分离得到固体物料;
第四步,将固体物料与有机溶剂混合使固体物料充分溶解,得到预处理溶液;
第五步,将预处理溶液依次导入温度呈阶梯式下降的至少2个串联结晶釜中进行降温冷却结晶,从最后一个结晶釜得到浆料2;
第六步,使浆料2固液分离得到精乙交酯。
上述第一步中熔融的聚乙醇酸或其酯的重均分子量为1-5万,例如但不限于,2-3万、1.2-4.5万等。
上述第一步中的裂解成环反应在催化剂存在下进行,所述催化剂可选自锡类化合物、锑类化合物或锌类化合物中的至少一种,例如但不限于,辛酸亚锡、氯化亚锡、乳酸锡、三氧化二锑、二乙基锌或二水合乙酸锌等。
作为一种实施方案,所述催化剂的用量为聚乙醇酸或其酯质量的0.1-1wt%,优选为0.2-0.8wt%。
上述第一步中的裂解成环反应在230-280℃、100-1800Pa绝对压力下进行。
上述第一步中除了生成乙交酯蒸汽或气相乙交酯,还会生成呈粘稠状半流体态的物料,在本发明的一种实施方式中,当这种半流体物料的粘度在25000-100000cp之间时,将这种物料进行干馏处理,形成的乙交酯蒸汽或气相乙交酯也进行第二步的处理。发明人发现,这种半流体物料粘度较小时,一方面说明裂解成环反应的程度不够彻底,另一方面进入干馏设备中无法实现有效的螺带传送,而若在该种物料粘度很大的情况下排出,此时釜底很有可能已经发生凝固和/或结焦,更有甚者,物料粘度陡然增大到无法排出反应釜的程度,也就根本无法进行干馏了。
如本发明所用,上述半流体物料的“粘度”是指“旋转粘度”,属于动力粘度中的相对粘度,所采用的测试仪器为博勒飞RVDV-2T粘度计,转速:0.1-200rpm,测试温度:230℃。
上述第二步中使用的溶剂包括酯类、醇类、醚类和酮类中的至少一种。所述酯类可选自乙酸丁酯;所述醇类可选自C3-C5的饱和一元醇或多元醇中的一种或两种以上,例如可选自正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、乙二醇、二甘醇、丙二醇或丙三醇等中的一种或两种以上;所述醚类可选自乙二醇二甲醚或正丁醚中的一种或两种;所述酮类可选自环己酮或甲基异丁基酮中的一种或两种。
发明人发现,上述第二步在高真空下喷淋,如果喷淋溶剂的沸点太低,在对应的高真空、温度条件下,喷淋溶剂都气化了,无法对气相乙交酯进行有效的喷淋冷却,但如果喷淋溶剂的沸点太高,则不利于后续脱除干净,残留在液相乙交酯中的溶剂比较多,影响液相乙交酯的品质。
作为一种实施方案,所述喷淋溶剂的用量为进入喷淋冷却器中乙交酯蒸汽或气相乙交酯质量的4-20倍。
作为一种实施方案,所述喷淋溶剂的喷淋温度设为-20℃至60℃。
作为一种实施方案,所述喷淋冷却器中的绝对压力不低于喷淋溶剂中饱和蒸气压最大的溶剂的饱和蒸气压,例如所述喷淋冷却器中的绝对压力为100-1800Pa。
作为一种实施方案,所述喷淋冷却器中经冷却而形成的浆料1的温度不大于80℃,优选为不大于60℃。
上述第三步中的固液分离方式包括但不限于,抽滤、离心等。
在本发明的一种实施方式中,以上述第三步得到的固体物料的总重量计,其中乙醇酸二聚物的含量不超过0.25wt%,优选不超过0.23wt%。
上述第四步中所使用的有机溶剂可包括乙酸酯类、酮类或甲烷氯代物中的至少一种。所述乙酸酯类可选自乙酸乙酯或乙酸甲酯中的至少一种;所述酮类可选自丙酮、丁酮、甲乙酮或甲基异丁基酮中的至少一种;所述甲烷氯代物可选自二氯甲烷、三氯甲烷或四氯化碳中的至少一种。
进一步地,所使用的有机溶剂还可包括醇类,例如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇或叔丁醇中的一种或两种以上。
最优选地,上述第四步中所使用的有机溶剂为乙酸乙酯。
作为一种实施方案,上述第四步中所使用的有机溶剂的用量为固体物料质量的4-6倍。
作为一种实施方案,以上述第四步得到的预处理溶液的总重量计,其中乙醇酸二聚物的含量不超过500ppm。
在本发明的一种实施方式中,上述第四步是将固体物料加入至盛有有机溶剂的容器中,边搅拌边升温,以使固体物料充分溶解。
上述第四步的溶解温度视所使用的有机溶剂而定,只要能够使固体物料完全溶解即可,但应低于有机溶剂的沸点以免溶剂不必要的损失。
在本发明的一种实施方式中,上述第四步在固体物料充分溶解后进行过滤以除去粗乙交酯产品中的不溶物(如乙醇酸多聚体等),从而得到预处理溶液。
上述第五步预处理溶液是依次导入温度逐个下降的2个以上串联的结晶釜中的,相邻两个串联结晶釜的温度差别需要有利于重结晶,即温度下降的程度有利于预处理溶液中的乙交酯溶解度下降,溶液饱和而析出乙交酯。发明人发现,相邻两结晶釜之间的温度差过大使得物料骤冷速度过快或骤冷程度过强,过程中会有大量乙交酯迅速析出,并急剧堆积,使得早先析出的乙交酯由于受到相对滞后析出的大量乙交酯的压迫,而容易粘附并滞留在结晶釜的内壁上,以致下一批次的物料在流经该结晶釜时,也难以将上一批次滞留的物料携带出来,从而造成物料的浪费,导致最终乙交酯的收率大大减低。
而采用多个结晶釜,在物料到达最后一个结晶釜之前,利用之前相邻两结晶釜之间适宜的温度差来适当降低物料的骤冷速度或骤冷程度,使得物料中乙交酯能够较为温和地析出,有利于最大限度地减少或消除析出的乙交酯在结晶釜中的滞留,即使发生了少量滞留,滞留的乙交酯也容易被下一批次的物料携带出来。
本发明术语“结晶釜”具有本领域常有的含义,即指能将温度控制在一定范围的容器。
在本发明的一种实施方式中,每个结晶釜与其串联的相邻结晶釜的温度差在5-35℃之间。
上述第五步中预处理溶液导入的第一个结晶釜的温度较上述第四步的溶解温度低5-30℃,导入的最后一个结晶釜的温度一般不超过0℃。
作为一种实施方案,所述温度呈阶梯式下降设置的至少2个串联的结晶釜中,第一结晶釜的温度低于预处理溶液的温度。
在本发明的一种实施例中,上述第五步中所述结晶釜为温度呈阶梯式下降设置的5个串联结晶釜,其中第一结晶釜的温度设为42℃,第二结晶釜的温度设为30℃,第三结晶釜的温度设为18℃,第四结晶釜的温度设为10℃,第五结晶釜的温度设为-5℃。
在本发明的一种实施例中,上述第五步中所述结晶釜为温度呈阶梯式下降设置的4个串联结晶釜,其中第一结晶釜的温度设为35℃,第二结晶釜的温度设为18℃,第三结晶釜的温度设为5℃,第四结晶釜的温度设为-5℃。
在本发明的一种实施例中,上述第五步中所述结晶釜为温度呈阶梯式下降设置的3个串联结晶釜,其中第一结晶釜的温度设为40℃,第二结晶釜的温度设为12℃,第三结晶釜的温度设为-5℃。
在本发明的一种实施例中,上述第五步中所述结晶釜为温度呈阶梯式下降设置的2个串联结晶釜,其中第一结晶釜的温度设为32℃,第二结晶釜的温度设为-2℃。
上述第五步中导入结晶釜的预处理溶液需在结晶釜中停留一段时间,如5-150分钟;在本发明的一种实施方式中,温度越高的结晶釜中停留的时间一般越久一些。
上述第六步中的固液分离可以是本领域常用的方式,例如但不限于,离心等。
在本发明的一种实施方式中,上述第六步中可以对浆料2离心得到的固体物料进行干燥得到精乙交酯。可以采用本领域常规的方法进行干燥,例如但不限于真空干燥如40-60℃、绝对压力≤500Pa下干燥1-2小时。
本发明获得的精乙交酯或精乙交酯产品中乙交酯纯度可达99.5%以上,溶剂残留率≤0.3%,乙醇酸含量﹤0.03wt%,乙醇酸二聚体含量﹤0.03wt%,水含量﹤0.03wt%。本发明中乙交酯、残留溶剂以及乙醇酸二聚体的含量均是采用本领域公知的气相色谱分析法得的,水的含量是采用卡尔费休水分测定仪测得的,乙醇酸的含量采用本领域公知的电位滴定法(例如,采用自动电位滴定仪)测得的。
在本发明的一种实施方式中,上述第六步是使浆料2固液分离得到精乙交酯和母液;然后使母液返回第四步与从第三步新获得的固体物料混合,再进行第四步至第六步,连续循环,从而不断获得精乙交酯。
在本发明的一种实施方式中,上述第六步经干燥后失去的溶剂会收集起来(例如但不限于,利用换热器来收集),与母液混合,而经干燥后的精乙交酯中会存在极少量的溶剂,以kg来计量的话,可以忽略不计。
上述第六步中,使母液返回到第四步进行混合的容器中,容器中有第二批次来自上述第三步的固体物料、从第六步返回的母液和补充的有机溶剂,然后将通过充分溶解得到的预处理溶液进行第二批次的第五步等以下各步骤,从而进行第二批次生产精乙交酯的过程,依此类推,进行第三批次、第四批次等多批次这样的过程,实现连续循环/生产。基于工业化生产中的物衡考量,下一批次循环会把上一批次循环过程中所残留或积存的物料带出来,从表观上来看,下一批次和上一批次所获得的精乙交酯的量基本相同。
要确定究竟需进行多少批次这样的循环/生产一般在于上述第六步中待返回至第四步的母液中累积的乙醇酸二聚物含量或者是所得精乙交酯产品中乙醇酸和/或乙醇酸二聚体的含量。
在本发明的一种实施方式中,补充的有机溶剂为返回的母液的约5-50w/w%,例如但不限于,约5-15w/w%,约8-12w/w%,约9-11w/w%等。
在本发明的一种实施方式中,待返回至第四步的母液中累积的乙醇酸二聚物含量超过1000ppm或者是所得精乙交酯产品中乙醇酸和/或乙醇酸二聚体的含量超过0.03wt%,停止上述第六步。
一旦结束了一轮多批次上述本发明的纯化乙交酯的连续生产过程后,可以开启新一轮这样的连续生产过程,其中在上述第四步中全部使用新加入的有机溶剂(而不是上述第六步中返回的母液和补充的有机溶剂)。
本发明中所使用的各种溶剂均为试剂级,不需做进一步处理。
在本发明的一种实施方式中,使用本发明提供的乙交酯连续生产装置进行乙交酯的连续生产,包括以下步骤:
步骤S1:将熔融的具有一定分子量的聚乙醇酸或其酯导入至裂解成环反应器中,加入催化剂,于230-280℃、100-1800Pa绝压下进行裂解成环反应,将生成的乙交酯蒸汽或气相乙交酯直接导入至喷淋冷却器中进行喷淋冷却,待裂解成环反应器中的物料粘度达到25000-100000cp时,将裂解成环反应器中呈粘稠状半流体态的物料直接导入至真空干馏器中进行干馏处理,所形成的乙交酯蒸汽或气相乙交酯经由气体循环管路返回至喷淋冷却器中进行喷淋冷却;
步骤S2:将喷淋冷却器中乙交酯蒸汽或气相乙交酯经喷淋冷却而形成的浆料1,经固液分离后,保留固体物料,将固体物料转移至溶解搅拌器中,经溶解后,获得预处理溶液,随后将预处理溶液导入至连续降温冷却结晶单元中进行连续降温冷却结晶,所得浆料2进行固液分离,所得母液中的大部分返回至溶解搅拌器中进行循环利用,所得固体经真空干燥后,转移至产品收集罐中。
在本发明的一种实施方式中,所述真空干馏器中的温度为230-280℃,绝对压力≤5Kpa。
在本发明的一种实施方式中,所述乙交酯蒸汽或气相乙交酯由裂解成环反应器的侧线或顶部出料,并由喷淋冷却器的侧下部直接导入至喷淋冷却器中。
优选地,在工作状态下,所述裂解成环反应器中的压力与所述喷淋冷却器中的压力相同或大致相同。
作为一种实施方案,所述溶解搅拌器中固体物料在常压条件下进行搅拌溶解,并且所述溶解搅拌器可采用常规的伴热方式进行加热,经溶解所获得的预处理溶液的温度为50-60℃,优选为60℃。
在本发明的一种实施方式中,所述冷却结晶单元中至少有2个串联的结晶釜,其中近端第一结晶釜的侧线与溶解搅拌器的底部出液口相连接。
作为一种实施方案,所述至少2个串联的结晶釜均采用侧线进料,并且下一个结晶釜的侧线与上一个结晶釜的底部出料口相连接。
为使本领域技术人员可了解本发明的特点及效果,以下谨就说明书及权利要求书中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明,否则文中使用的所有技术及科学上的字词,均为本领域技术人员对于本发明所了解的通常意义,当有冲突情形时,应以本说明书的定义为准。
本文描述和公开的理论或机制,无论是对或错,均不应以任何方式限制本发明的范围,即本发明内容可以在不为任何特定的理论或机制所限制的情况下实施。
在本文中,所有以数值范围或百分比范围形式界定的特征,如数值、数量、含量与浓度仅是为了简洁及方便。据此,数值范围或百分比范围的描述应视为已涵盖且具体公开所有可能的次级范围及范围内的个别数值(包括整数与分数)。
本发明提到的上述特征,或实施例提到的特征可以任意组合。本案说明书所揭示的所有特征可与任何组合物形式并用,只要这些特征的组合不存在矛盾,所有可能的组合都应当认为是本说明书记载的范围。说明书中所揭示的各个特征,可以任何可提供相同、均等或相似目的的替代性特征取代。因此除有特别说明,所揭示的特征仅为均等或相似特征的一般性例子。
本发明的主要优点在于:
1、将喷淋冷却与连续结晶相耦合,可完全避免常规直接收集的热的液态乙交酯在高温状态下的停留,进而有效抑制或减轻乙交酯的自聚程度,避免了热的液态乙交酯在管道输送过程中因变质凝固而堵塞管道的现象发生。
2、采用温度呈阶梯式下降设置的多个串联的结晶釜对经预处理的粗乙交酯进行连续降温冷却结晶,与现有常规的重结晶方法相比,可显著节约溶剂的使用量,无需进行残留溶剂的脱除工艺,无废液处理问题,对环境无污染。
3、待裂解成环反应器中物料粘度达到25000-100000cp时,及时将反应器中呈粘稠状半流体态的物料转移至真空干馏器中,可有效避免物料因反应程度的进一步加剧而发生凝固和/或结焦现象,而进入真空干馏器中呈粘稠状半流体态的物料在高温高真空度的条件下,其中所携带/含有的乙交酯能以气相排出,经由气体循环管路返回至喷淋冷却器中进行喷淋冷却,同时,呈粘稠状半流体态的物料在螺带的带动下向前行进,在行进过程中其会逐渐变成固体物料,该固体物料在螺带的扰动下会发生破碎,增大了受热面积,进一步释放出其中残余的乙交酯,而被打碎的固体物料可通过集料仓、锁斗排出真空干馏器,即真空干馏器与裂解成环反应器的耦合,在克服现有技术中物料在反应器中容易发生凝固和/或结焦现象等技术问题的同时,还可有效降低乙交酯的损失,有利于提高最终乙交酯的收率。
4、本发明提供的装置及其工艺流程的连续稳定性好,可有效避免不必要的物料损耗,降低了工艺成本,能耗低,可实现低碳化生产,便于工业化扩大生产,可应用于万吨级聚乙醇酸的生产制备。
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明,否则所有的百分数、比率、比例、或份数按重量计。本发明中的重量体积百分比中的单位是本领域技术人员所熟知的,例如是指在100毫升的溶液中溶质的重量(克)。除非另行定义,文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外,任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
下述实施例中,所得精乙交酯产品中,乙交酯、残留溶剂以及乙醇酸二聚体的含量均是采用本领域公知的气相色谱分析法测得的,水的含量是采用卡尔费休水分测定仪测得的,乙醇酸的含量则是采用本领域公知的电位滴定法(例如,采用自动电位滴定仪)测得的。
实施例1
提供如附图1所示的乙交酯连续生产装置。在工作状态下,裂解成环反应器、喷淋冷却器和真空干馏器采用减压真空条件,其余设备均采用常压条件。
乙交酯连续生产装置1000,包括裂解成环反应器100、与所述裂解成环反应器的排气口相连接的喷淋冷却器200、与所述裂解成环反应器的固体排料口相连接的真空干馏器300、与所述喷淋冷却器相耦合的连续降温冷却结晶单元400。
裂解成环反应器100的排气口设置在裂解成环反应器的顶部或侧上部,裂解成环反应器100的固体排料口设置在裂解成环反应器的底部或侧下部。
喷淋冷却器200的侧下部设有进气口,该进气口与裂解成环反应器的排气口相连接,并且喷淋冷却器顶部设有喷淋溶剂进液口,该喷淋溶剂进液口通过喷淋溶剂供给管路210与喷淋溶剂储液罐220相连接,喷淋溶剂供给管路210上设有冷却器240。
喷淋冷却器200与连续降温冷却结晶单元400之间设有固液分离器503-I和溶解搅拌器504。溶解搅拌器504顶部设有溶解溶剂进液口,该溶解溶剂进液口通过溶解溶剂供给管路505与溶解溶剂储液罐506相连接。
连续降温冷却结晶单元400包括温度呈阶梯式下降设置4个串联的结晶釜,分别是第一结晶釜410、第二结晶釜420、第三结晶釜430和第四结晶釜440。
串联的第一结晶釜410、第二结晶釜420、第三结晶釜430和第四结晶釜440都采用侧线进料,并且下一个结晶釜的侧线与上一个结晶釜的底部出料口相连接,如第二结晶釜420的侧线与第一结晶釜410的底部出料口相连接,以此类推。第一结晶釜410的侧线与溶解搅拌器504的底部出液口相连接。
装置1000还包括与所述连续降温冷却结晶单元400中的第四结晶釜440的底部出料口相连接的固液分离器503-II。
固液分离器503-II设有排液口和排固口,所述排液口通过液体循环管路501与溶解溶剂供给管路505相连接。
所得固体经真空干燥后,转移至产品收集罐508中。
真空干馏器300为真空螺带干馏器,包括干馏器本体310、沿干馏器本体的轴向设置在干馏器本体内部的螺带转轴、与螺带转轴传动连接的驱动电机340。
干馏器本体310呈筒状结构,外侧设有加热套,并且所述干馏器本体的进料端设有进料口,出料端设有排渣缓冲机构350,所述进料口与裂解成环反应器的固体排料口相连接,干馏器本体310顶部设有至少1个排气口380,排气口通过气体循环管路502与喷淋冷却器200的侧下部的进气口相连接。
排气口设有多个,并沿干馏器本体的轴线方向均匀间隔地布设在干馏器本体顶部。
进一步地,所述排渣缓冲机构350包括设置在干馏器本体出料端的集料仓351、与集料仓相连接的锁斗352,所述锁斗下方设有料渣输送带353。
螺带转轴包括中心轴320以及沿中心轴320的轴向呈螺旋状缠绕布设在中心轴320上的螺带330(由外螺带和内螺带组成),所述外螺带的弯曲方向与所述内螺带的弯曲方向一致,并且所述外螺带与所述内螺带一体成型设置。
实施例2(4个结晶釜)
将重均分子量为约3.1万的聚乙醇酸约10kg导入至裂解成环反应器中,加入辛酸亚锡约80g,于约260℃、约200Pa绝压下进行裂解成环反应,生成的乙交酯蒸汽或气相乙交酯直接导入至喷淋冷却器中进行喷淋冷却,待裂解成环反应器中物料的粘度达到约32000cp时,将裂解成环反应器中呈粘稠状流体态的物料约3.8kg直接导入至真空干馏器中,于250℃,绝对压力≤5kPa下进行干馏处理,所形成的乙交酯蒸汽或气相乙交酯约3480g经由气体循环管路返回至喷淋冷却器中进行喷淋冷却(上述裂解成环反应和真空干馏过程所产生的乙交酯蒸汽或气相乙交酯的总量为约9.68kg,喷淋冷却器中所使用的喷淋溶剂为正丙醇和异丙醇按质量比为1:1混合而成,喷淋溶剂的总量为约98kg,喷淋温度为约-20℃,喷淋冷却器中的绝压为约200Pa),随后将喷淋冷却器中乙交酯蒸汽或气相乙交酯经喷淋冷却而形成的浆料(约107kg,温度为约11℃),经离心机分离,保留固体物料(约8.91kg),然后将固体物料转移至盛有约36kg乙酸乙酯溶剂的溶解搅拌器中,边搅拌边升温至约60℃,使固体物料充分溶解,获得预处理溶液(约44.91kg,其中乙醇酸二聚物的含量≤500ppm),然后将预处理溶液导入至温度为约35℃的第一结晶釜中,停留时间为约100min,接着导入至温度为约18℃的第二结晶釜中,停留时间为约60min,再导入至温度为约5℃的第三结晶釜中,停留时间为约30min,再导入至温度为约-5℃的第四结晶釜中,停留时间为约8min,然后将第四结晶釜的浆料约44.91kg进行离心分离,所得固体于40℃、绝对压力≤500Pa下干燥2小时,转移至产品收集罐中,即获得精乙交酯约7.39kg,收率为82.9%(以由离心机分离所得固体物料为准来计算收率),而所得的母液约37.52kg(经干燥后失去的溶剂会收集起来(例如,利用换热器来收集),与母液混合,经干燥后的精乙交酯中会存在极少量的溶剂,以kg来计量的话,可以忽略不计)中的约90%(即约33.77kg)经由液体循环管路、溶解溶剂供给管路返回至溶解搅拌器中,再由溶解溶剂储液罐通过液体输送泵经由溶解溶剂供给管路向溶解搅拌器中补入约3.14kg溶剂(即乙酸乙酯),与下一批进入溶解搅拌器中的固体物料约8.0kg混合后,边搅拌边升温至约60℃,使固体物料充分溶解,获得预处理溶液(约44.91kg,其中乙醇酸二聚物的含量≤500ppm),随后将预处理溶液导入至第一结晶釜中以进行后续的连续降温冷却结晶,最后将第四结晶釜所得的浆料约44.91kg经离心分离,保留固体,于40℃、绝对压力≤500Pa下干燥2小时,即获得精乙交酯约7.39kg(实现连续循环,第二批次循环会把第一批次循环过程中所残留或积存的物料带出来,表观上来看,第一批次和第二批次所获得的精乙交酯的量是相同的),收率为92.4%(以投入溶解搅拌器的固体物料为准来计算收率),而分离所得的母液约37.52kg中的约90%(即约约33.77kg)再返回至溶解搅拌器中,依次类推,进行精乙交酯的连续生产。
基于上述步骤,本实施例方法第一批次产出的精乙交酯产品中,乙交酯的含量为约99.82wt%,残留溶剂的含量为约0.13wt%,乙醇酸的含量为约0.0103wt%,乙醇酸二聚体含量为约0.0110wt%,水含量﹤0.03wt%;
第二批次产出的精乙交酯产品中,乙交酯的含量为约99.82wt%,残留溶剂的含量为约0.13wt%,乙醇酸的含量为约0.0109wt%,乙醇酸二聚体含量为约0.0117wt%,水含量﹤0.03wt%;
第三批次产出的精乙交酯产品中,乙交酯的含量为约99.82wt%,残留溶剂的含量为约0.13wt%,乙醇酸的含量为约0.0113wt%,乙醇酸二聚体含量为约0.0114wt%,水含量﹤0.03wt%。
在此只列出了三批次产出精乙交酯产品,但需要说明的是,可将溶解搅拌器中形成的预处理溶液连续不断地导入至第一结晶釜以进行连续降温冷却结晶,因此可实现第四批次、第五批次、第六批次……乃至第N批次的连续产出,直至待返回至溶解搅拌器的母液中累积的乙醇酸二聚物含量超过1000ppm或者是所得精乙交酯产品中乙醇酸和/或乙醇酸二聚体的含量超过0.03wt%,停止连续生产,向溶解搅拌器中更换新的溶剂,再重新开始新的连续生产。
实施例3(5个结晶釜)
将重均分子量为约2.4万的聚乙醇酸约10kg导入至裂解成环反应器中,加入三氧化二锑约25g、二乙基锌约35g,于约280℃、约100Pa绝压下进行裂解成环反应,生成的乙交酯蒸汽或气相乙交酯直接导入至喷淋冷却器中进行喷淋冷却,待裂解成环反应器中物料的粘度达到约100000cp时,将裂解成环反应器中呈粘稠状流体态的物料约3.1kg直接导入至真空干馏器中,于280℃,绝对压力≤5kPa下进行干馏处理,所形成的乙交酯蒸汽或气相乙交酯约2848g经由气体循环管路返回至喷淋冷却器中进行喷淋冷却(上述裂解成环反应和真空干馏过程所产生的乙交酯蒸汽或气相乙交酯的总量为约9.75kg,喷淋冷却器中所使用的喷淋溶剂为正丙醇与乙酸丁酯按质量比为2:1混合而成,喷淋溶剂的总量为约175kg,喷淋温度为约-10℃,喷淋冷却器中的绝压为约100Pa),随后将喷淋冷却器中乙交酯蒸汽或气相乙交酯经喷淋冷却而形成的浆料(约184kg,温度为约2℃),经离心机分离,保留固体物料(约9.36kg),然后将固体物料转移至盛有约47kg溶剂(由乙酸乙酯和乙醇按质量比为4:1混合而成)的溶解搅拌器中,边搅拌边升温至约56℃,使固体物料充分溶解,获得预处理溶液(约56.36kg,其中乙醇酸二聚物的含量≤500ppm),然后将预处理溶液导入至温度为约42℃的第一结晶釜中,停留时间为约120min,接着导入至温度为约30℃的第二结晶釜中,停留时间为约90min,再导入至温度为约18℃的第三结晶釜中,停留时间为约50min,再导入至温度为约10℃的第四结晶釜中,停留时间为约35min,再导入至温度为约-5℃的第五结晶釜中,停留时间为约15min,然后将第五结晶釜的浆料约56.36kg进行离心分离,所得固体于60℃、绝对压力≤500Pa下干燥1小时,转移至产品收集罐中,即获得精乙交酯约8.11kg,收率为86.6%(以由离心机分离所得固体物料为准来计算收率),而所得的母液约48.25kg(经干燥后失去的溶剂会收集起来(例如,利用换热器来收集),与母液混合,经干燥后的精乙交酯中会存在极少量的溶剂,以kg来计量的话,可以忽略不计)中的约80%(即约38.6kg)经由液体循环管路、溶解溶剂供给管路返回至溶解搅拌器中,再由溶解溶剂储液罐通过液体输送泵经由溶解溶剂供给管路向溶解搅拌器中补入约9.06kg溶剂(由乙酸乙酯和乙醇按质量比为4:1混合而成),与下一批进入溶解搅拌器中的固体物料约8.7kg混合后,边搅拌边升温至约56℃,使固体物料充分溶解,获得预处理溶液(约56.36kg,其中乙醇酸二聚物的含量≤500ppm),随后将预处理溶液导入至第一结晶釜中以进行后续的连续降温冷却结晶,最后将第五结晶釜所得的浆料约56.36kg经离心分离,保留固体,于60℃、绝对压力≤500Pa下干燥1小时,即获得精乙交酯约8.11kg(实现连续循环,第二批次循环会把第一批次循环过程中所残留或积存的物料带出来,表观上来看,第一批次和第二批次所获得的精乙交酯的量是相同),收率为93.2%(以投入溶解搅拌器的固体物料为准来计算收率),而分离所得的母液约48.25kg中的约80%(即约38.6kg)再返回至溶解搅拌器中,依次类推,进行精乙交酯的连续生产。
基于上述步骤,本实施例方法第一批次产出的精乙交酯产品中,乙交酯的含量为约99.89wt%,残留溶剂的含量为约0.06wt%,乙醇酸的含量为约0.0106wt%,乙醇酸二聚体含量为约0.0104wt%,水含量﹤0.03wt%;
第二批次产出的精乙交酯产品中,乙交酯的含量为约99.89wt%,残留溶剂的含量为约0.06wt%,乙醇酸的含量为约0.0115wt%,乙醇酸二聚体含量为约0.0107wt%,水含量﹤0.03wt%;
第三批次产出的精乙交酯产品中,乙交酯的含量为约99.89wt%,残留溶剂的含量为约0.06wt%,乙醇酸的含量为约0.0112wt%,乙醇酸二聚体含量为约0.0114wt%,水含量﹤0.03wt%。
在此只列出了三批次产出精乙交酯产品,但需要说明的是,可将溶解搅拌器中形成的预处理溶液连续不断地导入至第一结晶釜以进行连续降温冷却结晶,因此可实现第四批次、第五批次、第六批次……乃至第N批次的连续产出,直至待返回至溶解搅拌器的母液中累积的乙醇酸二聚物含量超过1000ppm或者是所得精乙交酯产品中乙醇酸和/或乙醇酸二聚体的含量超过0.03wt%,停止连续生产,向溶解搅拌器中更换新的溶剂,再重新开始新的连续生产。
实施例4(3个结晶釜)
将重均分子量为约1.1万的聚乙醇酸约10kg导入至裂解成环反应器中,加入氯化亚锡10g、乳酸锡10g,于约230℃、约1800Pa绝压下进行裂解成环反应,生成的乙交酯蒸汽或气相乙交酯直接导入至喷淋冷却器中进行喷淋冷却,待裂解成环反应器中物料的粘度达到约25000cp时,将裂解成环反应器中呈粘稠状流体态的物料约4.2kg直接导入至真空干馏器中,于230℃,绝对压力≤5kPa下进行干馏处理,所形成的乙交酯蒸汽或气相乙交酯约4032g经由气体循环管路返回至喷淋冷却器中进行喷淋冷却(上述裂解成环反应和真空干馏过程所产生的乙交酯蒸汽或气相乙交酯的总量为约9.83kg,喷淋冷却器中所使用的喷淋溶剂为丙三醇,喷淋溶剂的总量为约196kg,喷淋温度为约60℃,喷淋冷却器中的绝压为约1800Pa),随后将喷淋冷却器中乙交酯蒸汽或气相乙交酯经喷淋冷却而形成的浆料(约205kg,温度为约76℃),经离心机分离,保留固体物料(约8.85kg),然后将固体物料转移至盛有约52kg溶剂(由丙酮与乙酸甲酯按质量比为1:3混合而成)的溶解搅拌器中,边搅拌边升温至约50℃,使固体物料充分溶解,获得预处理溶液(约60.85kg,其中乙醇酸二聚物的含量≤500ppm),然后将预处理溶液导入至温度为约40℃的第一结晶釜中,停留时间为约95min,浆料的酸度为约512ppm,接着导入至温度为约12℃的第二结晶釜中,停留时间为约30min,再导入至温度为约-5℃的第三结晶釜中,停留时间为约10min,然后将第三结晶釜的浆料约60.85kg进行离心分离,所得固体于60℃、绝对压力≤500Pa下干燥1小时,转移至产品收集罐中,即获得精乙交酯约7.06kg,收率为79.8%(以由离心机分离所得固体物料为准来计算收率),而所得的母液约53.79kg(经干燥后失去的溶剂会收集起来(例如,利用换热器来收集),与母液混合,经干燥后的精乙交酯中会存在极少量的溶剂,以kg来计量的话,可以忽略不计)中的约80%(即约43.03kg)经由液体循环管路、溶解溶剂供给管路返回至溶解搅拌器中,再由溶解溶剂储液罐通过液体输送泵经由溶解溶剂供给管路向溶解搅拌器中补入约10.12kg溶剂(由丙酮与乙酸甲酯按质量比为1:3混合而成),与下一批进入溶解搅拌器中的固体物料约7.7kg混合后,边搅拌边升温至约50℃,使固体物料充分溶解,获得预处理溶液(约60.85kg,其中乙醇酸二聚物的含量≤500ppm),随后将预处理溶液导入至第一结晶釜中以进行后续的连续降温冷却结晶,最后将第三结晶釜所得的浆料约60.85kg经离心分离,保留固体,于60℃、绝对压力≤500Pa下干燥1小时,即获得精乙交酯约7.06kg(实现连续循环,第二批次循环会把第一批次循环过程中所残留或积存的物料带出来,表观上来看,第一批次和第二批次所获得的精乙交酯的量是相同),收率为91.7%(以投入溶解搅拌器的固体物料为准来计算收率),而分离所得的母液约53.79kg中的约80%(即约43.03kg)再返回至溶解搅拌器中,依次类推,进行精乙交酯的连续生产。
基于上述步骤,本实施例方法第一批次产出的精乙交酯产品中,乙交酯的含量为约99.86wt%,残留溶剂的含量为约0.09wt%,乙醇酸的含量为约0.0126wt%,乙醇酸二聚体含量为约0.0122wt%,水含量﹤0.03wt%;
第二批次产出的精乙交酯产品中,乙交酯的含量为约99.86wt%,残留溶剂的含量为约0.09wt%,乙醇酸的含量为约0.0119wt%,乙醇酸二聚体含量为约0.0116wt%,水含量﹤0.03wt%;
第三批次产出的精乙交酯产品中,乙交酯的含量为约99.86wt%,残留溶剂的含量为约0.09wt%,乙醇酸的含量为约0.0120wt%,乙醇酸二聚体含量为约0.0127wt%,水含量﹤0.03wt%。
在此只列出了三批次产出精乙交酯产品,但需要说明的是,可将溶解搅拌器中形成的预处理溶液连续不断地导入至第一结晶釜以进行连续降温冷却结晶,因此可实现第四批次、第五批次、第六批次……乃至第N批次的连续产出,直至待返回至溶解搅拌器的母液中累积的乙醇酸二聚物含量超过1000ppm或者是所得精乙交酯产品中乙醇酸和/或乙醇酸二聚体的含量超过0.03wt%,停止连续生产,向溶解搅拌器中更换新的溶剂,再重新开始新的连续生产。
实施例5(2个结晶釜)
将重均分子量为约4.9万的聚乙醇酸约10kg导入至裂解成环反应器中,加入二乙基锌30g、辛酸亚锡50g以及三氧化二锑20g,于约272℃、约150Pa绝压下进行裂解成环反应,生成的乙交酯蒸汽或气相乙交酯直接导入至喷淋冷却器中进行喷淋冷却,待裂解成环反应器中物料的粘度达到约66000cp时,将裂解成环反应器中呈粘稠状流体态的物料约3.5kg直接导入至真空干馏器中,于270℃,绝对压力≤5kPa下进行干馏处理,所形成的乙交酯蒸汽或气相乙交酯约3080g经由气体循环管路返回至喷淋冷却器中进行喷淋冷却(上述裂解成环反应和真空干馏过程所产生的乙交酯蒸汽或气相乙交酯的总量为约9.58kg,喷淋冷却器中所使用的喷淋溶剂为正丁醚与甲基异丙基酮、环己酮按质量比为3:1:1混合而成,喷淋溶剂的总量为约40kg,喷淋温度为约5℃,喷淋冷却器中的绝压为约150Pa),随后将喷淋冷却器中乙交酯蒸汽或气相乙交酯经喷淋冷却而形成的浆料(约49kg,温度为约58℃),经离心机分离,保留固体物料(约9.1kg),然后将固体物料转移至盛有约45kg溶剂(由乙酸乙酯、异丙醇、丁酮按质量比为7:2:1混合而成)的溶解搅拌器中,边搅拌边升温至约60℃,使固体物料充分溶解,获得预处理溶液(约54.1kg,其中乙醇酸二聚物的含量≤500ppm),然后将预处理溶液导入至温度为约32℃的第一结晶釜中,停留时间为约60min,浆料的酸度为约480ppm,接着导入至温度为约-2℃的第二结晶釜中,停留时间为约15min,然后将第二结晶釜的浆料约54.1kg进行离心分离,所得固体于60℃、绝对压力≤500Pa下干燥1小时,转移至产品收集罐中,即获得精乙交酯约7.17kg,收率为78.8%(以由离心机分离所得固体物料为准来计算收率),而所得的母液约46.93kg中的约85%(即约39.9kg)经由液体循环管路、溶解溶剂供给管路返回至溶解搅拌器中,再由溶解溶剂储液罐通过液体输送泵经由溶解溶剂供给管路向溶解搅拌器中补入约6.3kg溶剂(由乙酸乙酯、异丙醇、丁酮按质量比为7:2:1混合而成),与下一批进入溶解搅拌器中的固体物料约7.9kg混合后,边搅拌边升温至约60℃,使固体物料充分溶解,获得预处理溶液(约54.1kg,其中乙醇酸二聚物的含量≤500ppm),随后将预处理溶液导入至第一结晶釜中以进行后续的连续降温冷却结晶,最后将第二结晶釜所得的浆料约54.1kg经离心分离,保留固体,于60℃、绝对压力≤500Pa下干燥1小时,即获得精乙交酯约7.17kg(实现连续循环,第二批次循环会把第一批次循环过程中所残留或积存的物料带出来,表观上来看,第一批次和第二批次所获得的精乙交酯的量是相同),收率为约90.8%(以投入溶解搅拌器的固体物料为准来计算收率),而分离所得的母液约46.93kg中的约85%(即约39.9kg)再返回至溶解搅拌器中,依次类推,进行精乙交酯的连续生产。
基于上述步骤,本实施例方法第一批次产出的精乙交酯产品中,乙交酯的含量为约99.84wt%,残留溶剂的含量为约0.11wt%,乙醇酸的含量为约0.0144wt%,乙醇酸二聚体含量为约0.0148wt%,水含量﹤0.03wt%;
第二批次产出的精乙交酯产品中,乙交酯的含量为约99.84wt%,残留溶剂的含量为约0.11wt%,乙醇酸的含量为约0.0140wt%,乙醇酸二聚体含量为约0.0141wt%,水含量﹤0.03wt%;
第三批次产出的精乙交酯产品中,乙交酯的含量为约99.84wt%,残留溶剂的含量为约0.11wt%,乙醇酸的含量为约0.0147wt%,乙醇酸二聚体含量为约0.0147wt%,水含量﹤0.03wt%。
在此只列出了三批次产出精乙交酯产品,但需要说明的是,可将溶解搅拌器中形成的预处理溶液连续不断地导入至第一结晶釜以进行连续降温冷却结晶,因此可实现第四批次、第五批次、第六批次……乃至第N批次的连续产出,直至待返回至溶解搅拌器的母液中累积的乙醇酸二聚物含量超过1000ppm或者是所得精乙交酯产品中乙醇酸和/或乙醇酸二聚体的含量超过0.03wt%,停止连续生产,向溶解搅拌器中更换新的溶剂,再重新开始新的连续生产。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并非用以限定本发明的实质技术内容范围,本发明的实质技术内容是广义地定义于申请的权利要求范围中,任何他人完成的技术实体或方法,若是与申请的权利要求范围所定义的完全相同,也或是一种等效的变更,均将被视为涵盖于该权利要求范围之中。
Claims (20)
1.一种乙交酯连续生产装置,包括裂解成环反应器、与所述裂解成环反应器的排气口相连接的喷淋冷却器、与所述裂解成环反应器的固体排料口相连接的真空干馏器、以及与所述喷淋冷却器相耦合的结晶单元。
2.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述喷淋冷却器与结晶单元近端进料口之间依次连接有固液分离器I和溶解搅拌器。
3.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述结晶单元远端出料口连接有固液分离器II。
4.如权利要求1所述的装置,其特征在于,喷淋溶剂储液罐通过喷淋溶剂供给管路与所述喷淋冷却器的顶部进料口连接。
5.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述结晶单元设置至少2个串联结晶釜。
6.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述真空干馏器顶部的排气口通过气体循环管路与喷淋冷却器连接。
7.一种通过如权利要求1-6任一项所述的装置连续生产乙交酯的方法,所述方法包括步骤:
(1)使乙醇酸或其酯类低聚物和催化剂在裂解成环反应器中反应得到乙交酯蒸汽或气相乙交酯以及半流体物料;
(2)将通过裂解成环生成的乙交酯蒸汽或气相乙交酯在喷淋冷却器中进行喷淋冷却得到浆料1;及
(2’)将裂解成环反应器中的半流体物料导入真空干馏器后形成的乙交酯蒸汽或气相乙交酯在喷淋冷却器中进行喷淋冷却得到浆料1;
(3)处理浆料1得到预处理溶液;
(4)将预处理溶液逐个导入含有2个以上串联的结晶釜的结晶单元得到浆料2;
(5)分离浆料2得到精乙交酯。
8.如权利要求7所述的方法,其特征在于,步骤(1)中所述乙醇酸或其酯类低聚物的重均分子量为1-5万。
9.如权利要求7所述的方法,其特征在于,步骤(1)中所述催化剂选自锡类化合物、锑类化合物或锌类化合物中的至少一种。
10.如权利要求7所述的方法,其特征在于,步骤(2)或(2’)中用于喷淋冷却的溶剂包括酯类、醇类、醚类、和酮类中的至少一种。
11.如权利要求7所述的方法,其特征在于,步骤(2’)中导入真空干馏器的半流体物料的旋转粘度为25000-100000cp。
12.如权利要求7所述的方法,其特征在于,步骤(2)或(2’)中用于喷淋冷却的溶剂用量为待处理乙交酯蒸汽或气相乙交酯质量的4-20倍。
13.如权利要求7所述的方法,其特征在于,步骤(2)或(2’)中用于喷淋冷却的溶剂温度为-20℃至60℃。
14.如权利要求7所述的方法,其特征在于,步骤(2’)中的真空干馏器温度为230-280℃,绝对压力≤5kPa。
15.如权利要求7所述的方法,其特征在于,步骤(3)在溶解搅拌器中处理浆料1。
16.如权利要求7所述的方法,其特征在于,步骤(3)中所述处理为使浆料1固液分离后得到的固体溶解得到预处理溶液。
17.如权利要求16所述的方法,其特征在于,用于溶解固体的溶剂为乙酸酯类、酮类或甲烷氯代物中的至少一种。
18.如权利要求7所述的方法,其特征在于,步骤(4)中导入的第一个结晶釜的温度较步骤(3)的溶解温度低5-30℃,导入的最后一个结晶釜的温度不高于0℃。
19.如权利要求7所述的方法,其特征在于,步骤(4)导入的预处理溶液在结晶釜中停留时间为5-150分钟。
20.如权利要求7、16或17所述的方法,其特征在于,步骤(5)使浆料2固液分离得到精乙交酯和母液。
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CN202110467211.6A CN115246810B (zh) | 2021-04-28 | 2021-04-28 | 乙交酯连续生产装置及其应用 |
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