丙酸甲酯—甲醇—水共沸体系的液液萃取分离方法

摘要

本发明公开了一种丙酸甲酯—甲醇—水共沸体系的液液萃取分离方法，以多元醇和水的复合溶剂作为萃取溶剂，原料与萃取溶剂的质量比为1：0.5～5，对丙酸甲酯和甲醇水溶液的丙酸甲酯—甲醇—水共沸体系进行液液萃取，分层分离后，萃余液含较高纯度的丙酸甲酯，萃取液经减压蒸馏处理后，将塔釜得到的多元醇与水按比例混合配制成新鲜萃取溶剂循环使用。本发明以多元醇和水的复合溶剂为萃取溶剂，原料经多级错流萃取或多级逆流萃取后，可得到纯度在99.5%以上的丙酸甲酯，收率达95%。

说明书

技术领域

本发明涉及一种丙酸甲酯—甲醇—水共沸体系的液液萃取分离 方法。

背景技术

丙酸甲酯是一种高品位的食品、化妆品的溶剂和防腐剂；广泛用 作食物、饲料的防腐添加剂，以替代目前使用的苯甲酸钠等，还可用 作硝酸纤维、硝基喷漆、涂料、清漆等的溶剂。丙酸甲酯作为有机合 成工业的基本原料，可通过酯交换法人工合成丙酸乙酯、丙酸苄酯、 丙酸异戊酯、丙酸苯甲酸酯等高级无毒的人工赋香剂，用于制酒工业 和香精工业的生产。目前，丙酸甲酯的合成主要以浓硫酸作为催化剂， 由丙酸和甲醇直接反应制得，反应后产物中含有游离的酸、醇和水等 杂质，丙酸甲酯易与甲醇、水形成二元共沸物，因此，采用普通精馏 法难以得到高纯度的丙酸甲酯，且能耗较高。传统工业中丙酸甲酯的 精制通常采用碳酸氢钠或者碳酸钠饱和溶液洗涤，再用碳酸钠或硫酸 钠干燥后精馏；或者用饱和氯化钠水溶液洗涤，再用无水碳酸钠干燥 后在五氧化二磷存在下蒸馏，该过程工艺复杂，设备易腐蚀，碱和盐 循环过程能耗高，大量“三废”排放，易形成一系列环境问题。因此， 开发有效的分离工艺，不仅有利于丙酸甲酯纯度提高，更有利于节能 减排及丙酸甲酯下游产品的开发应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种克服传统工业中丙酸甲酯产品分离 提纯所存在的困难，有效分离丙酸甲酯—甲醇—水共沸体系，提高丙 酸甲酯纯度的丙酸甲酯—甲醇—水共沸体系的液液萃取分离方法。

本发明的技术解决方案是：

一种丙酸甲酯—甲醇—水共沸体系的液液萃取分离方法，其特征 是：包括下列步骤：以多元醇和水的复合溶剂作为萃取溶剂，原料与 萃取溶剂的质量比为1：0.5～5，对丙酸甲酯和甲醇水溶液的丙酸甲 酯—甲醇—水共沸体系进行液液萃取，分层分离后，萃余液含较高纯 度的丙酸甲酯，萃取液经减压蒸馏处理后，将塔釜得到的多元醇与水 按比例混合配制成新鲜萃取溶剂循环使用。

多元醇和水的复合溶剂中多元醇和水的质量比为1：0.1～1。

所述液液萃取为多级错流萃取工艺，每一级萃取操作时，常温下 将原料与萃取溶剂加入到萃取器中，搅拌10～60分钟，搅拌轴转速为 150～400转/分钟，静止30～60分钟后分层，进行下一级处理。

所述液液萃取是将原料丙酸甲酯和甲醇水溶液送入多级逆流萃 取塔中，萃取剂多元醇和萃取剂水分别由塔上部和塔中上部侧面进入 多级逆流萃取塔中，在多级逆流萃取塔中原料与流入多级逆流萃取塔 的两股萃取剂多元醇和水逆向接触，连续逆流萃取。

所述原料丙酸甲酯和甲醇水溶液，可以是丙酸甲酯和甲醇、水任 意比例的混合溶液。工业水丙酸甲酯和甲醇水溶液通常包含75%～ 90%丙酸甲酯、10%～20%甲醇和0～15%水，其来源比较广泛。

本发明所述萃取溶剂采用多元醇和水的复合溶剂，这里所说的 “多元醇”，即本发明的关键技术：选择一种溶剂难溶于丙酸甲酯， 易溶于甲醇和水。从分层现象看，卤代烃、卤代芳烃、酯类、醚类易 溶于丙酸甲酯和甲醇，微溶或难溶于水，不具备上述条件；有机酸、 乙二醇、胺类及砜类都无分层现象，也不符合萃取条件，最终发现只 有多元醇呈分层现象。由于多元醇的粘度较大，操作起来不便，又进 一步研究丙酸甲酯—甲醇—水共沸体系在各种多元醇和水复合溶剂 中的分配情况，结果表明在甘油—水的复合溶剂中的分离效果最佳。 综合各因素，选择甘油—水的复合溶剂为最佳萃取溶剂。

所述多元醇和水的复合溶剂，多元醇和水的质量比为1：0.1～1， 优选1：0.5～1，最佳比例为1：0.5。

本发明以多元醇和水的复合溶剂为萃取溶剂，原料经多级错流萃 取或多级逆流萃取后，可得到纯度在99.5%以上的丙酸甲酯，收率达 95%。萃取液经减压蒸馏处理后，将塔釜得到的多元醇与水按比例混 合配制成新鲜萃取溶剂可循环使用。本发明的分离方法得到的丙酸甲 酯产品纯度高，萃取过程在常温下进行，能耗较低，而且不对环境造 成污染。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是多级错流萃取工艺流程图。

图2是多级逆流萃取工艺流程图。

具体实施方式

实施例1：

参照图1所示工艺流程图，原料来自丙酸和甲醇酯化反应产物— 丙酸甲酯和甲醇水溶液的丙酸甲酯—甲醇—水共沸体系，其组成及物 性数据如表1所示。原料为20kg，萃取剂S(重量比：甘油:水＝1:0.5) 为20kg。在室温条件下，按图1所示工艺流程，原料液(F)送入萃取器 与流入的萃取剂S充分搅拌，静置分层分离，萃取相和萃余相在每级 萃取器中均达到平衡状态，萃取液经减压蒸馏处理后，将塔釜得到的 甘油与水按比例混合配制成新鲜萃取剂S可循环使用。分离后萃取相 E_k(k=1，2，3)和萃余相R_k(k=1，2，3)组成如表2所示(不计溶剂量)， 由表2可知，经3次错流萃取后，可得到纯度在99.5%以上的丙酸甲酯， 收率达95%。该工艺适合丙酸甲酯和甲醇、水任意比例的混合溶液的 萃取分离，原料与萃取溶剂的质量比为1：1。

表1原料组成及物性数据

表2多级错流液液萃取分离结果

实施例2：

采用如图2所示的液液萃取法分离丙酸甲酯和甲醇水溶液，原料 液来自丙酸和甲醇酯化反应产物，其组成及物性数据如表1所示。在 常温条件下，将原料液(F)送入多级逆流萃取塔中，流量为20kg/h；萃 取剂(重量比：甘油:水＝1:0.5)流量为20kg/h，甘油（S1）和水（S2） 分别由塔上部和塔中上部侧线进入多级逆流萃取塔中，在充分搅拌混 合下，原料液(F)与流入多级逆流萃取塔的两股萃取剂甘油和水连续 逆流接触，分层进行萃取分离。萃取相和萃余相在多级逆流萃取塔的 每级萃取器中均达到平衡。经过4级逆流萃取后，萃余液经萃余相静 置段（萃余液在该段停留时间为15分钟以上）静置分层，萃余液含纯 度在99.5%以上的丙酸甲酯，其它组分含量≤0.5%，萃取相和萃余相 具体组成及流量如表3所示(不计溶剂量)。萃取塔底萃取液经减压蒸 馏处理后，将塔釜得到的多元醇与水按比例混合配制成新鲜萃取溶剂 循环使用。

图2中，1、萃取相静止段；2、液体分布器；3、萃取段；4、萃 余相静止段。

表3多级逆流萃取分离结果

实施例3：

所述复合萃取剂S的组成甘油:水＝1:1，S:F＝0.5:1。其余同实施 例1或实施例2。

实施例4：

所述复合萃取剂S的组成甘油:水＝1:0.1，S：F＝5:1。其余同实 施例1或实施例2。

本发明方法并不受上述具体装置和工艺参数的限制，本领域技术 人员根据工艺条件，可在本发明范围内对有关参数进行调整或实施相 应的变换，也可根据原料液处理量的大小，按比例进行相应的放大。 本发明的分离方法得到的丙酸甲酯产品纯度高，萃取过程在常温下进 行，能耗较低，而且不对环境造成污染。