一種從有機溶劑中回收有機酸的方法
2023-05-26 05:47:36 1
專利名稱:一種從有機溶劑中回收有機酸的方法
技術領域:
本發明涉及屬於化工傳質分離技術領域,特別涉及一種從有機溶劑中回收有機酸的方法。
背景技術:
有機酸是一類基礎化工原料,發酵法是生產有機酸的重要方法之一,但發酵法粗產液中含有大量雜質,有機酸的濃度和純度都較低,要獲得具有商業價值的產品,必須進行分離和提濃。
溶劑萃取法非常適合從低濃度水溶液中選擇性地提取有機酸。美國Miles公司使用有機胺類萃取劑,以熱水為反萃劑,實現了完整的有機酸提取過程,該過程與目前廣泛採用的鈣鹽法相比,收率更高,物耗和副產物更少,但產液濃度很低,進一步提濃則成本增加很多。因此很有必要發展從有機溶劑中回收有機酸的高效方法,這對於其它涉及到稀溶液中有機酸回收和提濃的相似過程同樣具有重要意義,如從廢水回收醋酸,稀甲酸溶液提濃,等等。
發明內容
本發明的目的是提供一種從有機溶劑中回收有機酸的方法,其特徵在於所述從有機溶劑中回收有機酸的方法是在常溫常壓下,將負載有機酸的有機溶劑與含該有機酸鹽的水溶液混合製成乳狀液,然後與作為接收相的含該有機酸的水溶液分別進入電滲析設備的陰極室和陽極室,通過電遷移和電極反應實現對有機溶劑中有機酸的同步提取濃縮。該方法包括如下步驟(1)採用機械攪拌、超聲波或微尺度分散方法將負載有有機酸的有機溶劑與含有機酸鹽的水溶液混合,使之形成乳狀液,乳狀液的存在時間至少要與電滲析裝置操作的停留時間相當,混合體積比選擇在(1∶3)~(20∶1)的範圍內;(2)使用泵或其它液體輸送裝置將得到的乳狀液和作為接收相的含有機酸的水溶液分別輸送到電滲析設備的陽極室和陰極室,通電進行電滲析操作,接收相中的有機酸濃度選擇在0~15M的範圍內;
(3)陰極室流出液在澄清設備中分相,有機溶劑得到再生或部分再生,水相可作為步驟1中使用的水溶液;(4)陽極室流出液作為產液進行精製或濃縮,部分產液可按有機酸濃度為0~15M與水混合作為步驟2中使用的接收相。
所述的有機溶劑是對有機酸具有選擇性萃取能力的有機溶劑三烷基胺、C12~C23伯胺、三烷基氧磷、三烷基膦酸酯、三烷基磷酸酯、甲基異丁基酮、乙酸烷基酯、異戊醇或正丁醇。
所述的有機酸是指能夠在水中解離成為氫離子和酸根離子的有機化合物檸檬酸、乳酸、醋酸、蘋果酸、馬來酸、富馬酸、滷代乙酸、乙醇酸、乙醛酸、草酸、丙酸、丁酸或戊酸。
所述的電滲析設備中使用陰離子交換膜。
步驟1、2、3中所述的有機酸指同一種有機酸。
步驟1中所述的水溶液中可以含有少量有機酸。
與現有技術相比,本發明的優點和積極效果在於本方法可以有效提高兩相電滲析過程的電流密度和電流效率,顯著加快有機酸回收和有機溶劑再生的過程,獲得濃度較高的有機酸水溶液。同時,本發明操作方便,運行穩定性好,物耗和能耗低,產生的廢棄物和二次汙染少。
具體實施例方式
本發明提供一種從有機溶劑中回收有機酸的方法,該方法是在常溫常壓下,將負載有機酸的有機溶劑與含該有機酸鹽的水溶液混合製成乳狀液,然後與作為接收相的含該有機酸的水溶液分別進入電滲析設備的陰極室和陽極室,通過電遷移和電極反應實現對有機溶劑中有機酸的同步提取濃縮。該方法包括如下步驟(1)採用機械攪拌、超聲波或微尺度分散方法將負載有有機酸的有機溶劑與含有機酸鹽的水溶液混合,使之形成乳狀液,乳狀液的存在時間至少要與電滲析裝置操作的停留時間相當,混合體積比一般選擇在(1∶3)~(20∶1)的範圍內;(2)使用泵或其它液體輸送裝置將得到的乳狀液和作為接收相的含有機酸的水溶液分別輸送到電滲析設備的陽極室和陰極室,通電進行電滲析操作,接收相中的有機酸濃度一般選擇在在0~15M的範圍內;(3)陰極室流出液在澄清設備中分相,有機溶劑得到再生或部分再生,水相可作為步驟1中使用的水溶液;(4)陽極室流出液作為產液進行精製或濃縮,部分產液可按有機酸濃度為0~15M與水混合作為步驟2中使用的接收相。
所述的有機溶劑是對有機酸具有選擇性萃取能力的有機溶劑三烷基胺、C12~C23伯胺、三烷基氧磷、三烷基膦酸酯、三烷基磷酸酯、甲基異丁基酮、乙酸異戊酯、異戊醇或正丁醇。
所述的有機酸是指能夠在水中解離成為氫離子和酸根離子的有機化合物檸檬酸、乳酸、醋酸、蘋果酸、馬來酸、富馬酸、滷代乙酸、乙醇酸、乙醛酸、草酸、丙酸、丁酸或戊酸。
所述的電滲析設備中使用陰離子交換膜。
具體實施步驟包括(1)搭裝電滲析裝置,用有機溶劑和水分別充滿陰極室和陽極室,使膜材料充分溶脹,以提高電滲析裝置尺寸和操作的穩定性;(2)在混合容器內預先加入負載某種有機酸的有機溶劑和含有機酸鹽的水溶液,開動攪拌使之混合形成乳狀液,其水溶液中有機酸鹽的含量可在溶解度允許的情況下儘可能增大,從而降低陰極室電阻和由此產生的焦耳熱。
(3)用泵將乳狀液和作為接收相的有機酸水溶液分別向陰極室和陽極室輸送,同時給電滲析裝置加電,進行電滲析操作,其中接收相中的有機酸濃度要以保證陽極液的導電能力和產液的濃度要求為準;(4)陰極室流出液進入分相單元分相,水相返回到混合單元,同時用泵向混合室輸送待處理的有機溶劑,保證混合單元的進出物料平衡;(5)用泵將部分陽極室流出液輸送到接收相貯槽中,同時向其中加入水,保證接收相貯槽的進出物料平衡。
(6)連續運行足夠長的時間,使系統達到穩態操作。
其中,有機溶劑需要符合以下標準
a.有機溶劑與有機酸的結合是可逆過程;b.有機溶劑不溶於水或不易溶於水;電滲析裝置中採用陰離子交換膜,要求該膜具有較小的膜面電阻,不易變形,不被有機溶劑溶解。在接收相一側可使用多孔支撐材料對膜進行支撐,如無紡布等。
本發明提及的技術在實施過程中可以即時停車,停車後無需將裝置中的料液排空,如停車時間較長,可將電滲析裝置內的料液排空。下面僅舉5個實施例(其餘基本相同)對本發明予以進一步說明。
實施例1電滲析裝置兩相腔室尺寸均為120mm×50mm×5mm,膜面積60cm2,用0.730M的檸檬酸水溶液作接收相,有機溶劑為三烷基胺,其中檸檬酸的初始濃度為0.561M,製備乳狀液用的水相為0.782M的檸檬酸鈉水溶液,製備乳狀液時油水配比為1∶3(v/v),乳狀液進口流量為3.08mL/min,接收相進口流量為3.39mL/min,電流強度0.504A,電壓18V,連續運行達到穩態後,陽極室出口為0.775M的檸檬酸水溶液,流量為3.58mL/min。電流效率77.0%。
實施例2電滲析裝置兩相腔室尺寸均為120mm×50mm×5mm,膜面積60cm2,用0.737M的富馬酸水溶液作接收相,有機溶劑為三烷基氧磷,其中富馬酸的初始濃度為0.561M,製備乳狀液用的水相為0.782M的富馬酸鈉水溶液,製備乳狀液時油水配比為1∶1(v/v),乳狀液進口流量為3.08mL/min,接收相進口流量為3.48mL/min,電流強度0.498A,電壓19.3V,連續運行達到穩態後,陽極室出口為0.774M的富馬酸水溶液,流量為3.55mL/min。電流效率為59.0%。
實施例3電滲析裝置兩相腔室尺寸均為120mm×50mm×5mm,膜面積60cm2,用3.537M的草酸水溶液作接收相,有機溶劑為磷酸三丁酯,其中草酸的初始濃度為0.561M,製備乳狀液用的水相為3.582M的草酸鈉水溶液,製備乳狀液時油水配比為1∶1(v/v),乳狀液進口流量為3.08mL/min,接收相進口流量為3.50mL/min,電流強度1.10A,電壓23.6V,連續運行達到穩態後,陽極室出口為0.824M的草酸水溶液,流量為3.76mL/min。電流效率76.2%。
實施例4電滲析裝置兩相腔室尺寸均為120mm×50mm×5mm,膜面積60cm2,用4.537M的丙酸水溶液作接收相,有機溶劑為異戊醇,其中丙酸的初始濃度為0.660M,製備乳狀液用的水相為4.565M的丙酸鈉水溶液,製備乳狀液時油水配比為1∶1(v/v),乳狀液進口流量為3.08mL/min,接收相進口流量為3.40mL/min,電流強度1.10A,電壓22.8V,連續運行達到穩態後,陽極室出口為0.838M的丙酸水溶液,流量為3.65mL/min。電流效率80.4%。
實施例5電滲析裝置兩相腔室尺寸均為120mm×50mm×5mm,膜面積60cm2,用0.712M的乳酸水溶液作接收相,有機溶劑為甲基異丁基酮。其中乳酸的初始濃度為0.520M,製備乳狀液用的水相為0.780M的乳酸鈉水溶液,製備乳狀液時油水配比為3∶1(v/v),乳狀液進口流量為3.08mL/min,接收相進口流量為3.38mL/min,電流強度1.10A,電壓23.1V,連續運行達到穩態後,陽極室出口為0.825M的乳酸水溶液,流量為3.55mL/min。電流效率76.0%。
權利要求
1.一種從有機溶劑中回收有機酸的方法,其特徵在於所述從有機溶劑中回收有機酸的方法是在常溫常壓下,將負載有機酸的有機溶劑與含該有機酸鹽的水溶液混合製成乳狀液,然後與作為接收相的含該有機酸的水溶液分別進入電滲析設備的陰極室和陽極室,通過電遷移和電極反應實現對有機溶劑中有機酸的同步提取濃縮。該方法包括如下步驟(1)採用機械攪拌、超聲波或微尺度分散方法將負載有有機酸的有機溶劑與含有機酸鹽的水溶液混合,使之形成乳狀液;(2)使用泵或其它液體輸送裝置將得到的乳狀液和作為接收相的含有機酸的水溶液分別輸送到電滲析設備的陽極室和陰極室,通電進行電滲析操作;(3)陰極室流出液在澄清設備中分相,有機溶劑得到再生或部分再生;(4)陽極室流出液作為產液進行精製或濃縮。
2.根據權利要求1所述從有機溶劑中回收有機酸的方法,其特徵在於所述的有機溶劑是對有機酸具有選擇性萃取能力的有機溶劑三烷基胺、C12~C23伯胺、三烷基氧磷、三烷基膦酸酯、三烷基磷酸酯、甲基異丁基酮、乙酸烷基酯、異戊醇或正丁醇。
3.根據權利要求1所述從有機溶劑中回收有機酸的方法,其特徵在於所述的有機酸是指能夠在水中解離成為氫離子和酸根離子的有機化合物檸檬酸、乳酸、醋酸、蘋果酸、馬來酸、富馬酸、滷代乙酸、乙醇酸、乙醛酸、草酸、丙酸、丁酸或戊酸。
4.根據權利要求1所述從有機溶劑中回收有機酸的方法,其特徵在於所述的電滲析設備中使用陰離子交換膜。
5.根據權利要求1所述從有機溶劑中回收有機酸的方法,其特徵在於所述步驟1中乳狀液的存在時間至少與電滲析裝置操作的停留時間相當,混合體積比可選擇在(1∶3)~(20∶1)的範圍內。
6.根據權利要求1所述從有機溶劑中回收有機酸的方法,其特徵在於所述步驟2中接收相中有機酸濃度在0~15M之間。
全文摘要
本發明公開了屬於化工傳質分離技術領域的一種從有機溶劑中回收有機酸的方法。是在常溫常壓下將負載有機酸的有機溶劑與含該有機酸鹽的水溶液混合製備乳狀液,而後與作為接收相的含該有機酸的水溶液分別進入電滲析設備的陰極室和陽極室,通過電遷移和電極反應實現對有機溶劑中有機酸的同步提取濃縮。該技術與現有技術相比,具有能量利用率高、物耗和副產物少、產液濃度高等優點,有在高處理能力下進行操作的潛力,是一種高效的有機酸反萃和提濃複合方法。該方法對於其它稀溶液中的有機酸回收和提濃工藝具有重要意義。
文檔編號B01D61/42GK1569315SQ200410037759
公開日2005年1月26日 申請日期2004年5月12日 優先權日2004年5月12日
發明者呂陽成, 駱廣生, 易莎莎 申請人:清華大學