本發(fā)明涉及一種提取甲酸水溶液中甲酸的方法，具體涉及一種共沸萃取精餾分離甲酸和水的方法。
背景技術(shù)：
甲酸是基本有機(jī)化工原料之一，廣泛用于農(nóng)藥、皮革、染料、醫(yī)藥和橡膠等工業(yè)。甲酸可直接用于織物加工、鞣革、紡織品印染和青飼料的貯存，也可用作金屬表面處理劑、橡膠助劑和工業(yè)溶劑。在有機(jī)合成中用于合成各種甲酸酯、吖啶類染料和甲酰胺系列醫(yī)藥中間體。
在制藥和農(nóng)藥等中間體合成過程中，易形成大量甲酸水溶液。目前國內(nèi)外對于上述溶液的分離，主要采用干燥法和鄰苯二甲酸酐回流蒸餾與多步結(jié)晶精制法。干燥法采用活性炭、硅膠、硼酐或無水硫酸銅做干燥劑，將甲酸與活性炭或五氧化二磷進(jìn)行混合，然后減壓蒸餾，反復(fù)5-10次，方可得到無水甲酸，該方法干燥劑用量大、費時長、能耗高，易形成二次廢液和部分甲酸分解和環(huán)境等問題；鄰苯二甲酸酐回流蒸餾與多步結(jié)晶精制法，用鄰苯二甲酸酐與甲酸水溶液混合，進(jìn)行6小時回流蒸餾，去除其中的水分，然后進(jìn)一步分步結(jié)晶制得高純度甲酸，該方法易產(chǎn)生大量鄰苯二甲酸水溶液，鄰苯二甲酸水溶液需要進(jìn)一步處理方可使用，在多步結(jié)晶過程中，產(chǎn)品收率僅為37％左右，能耗高，低濃度甲酸水溶液需要進(jìn)一步處理。
對上述混合液如采取有效分離方法，不僅可以回收甲酸水溶液中甲酸，實現(xiàn)甲酸循環(huán)利用，同時解決甲酸廢水污染和治理問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種共沸萃取精餾濃縮甲酸水溶液中甲酸的方法，與傳統(tǒng)工藝相比，本發(fā)明具有工藝簡單的特點，經(jīng)一次分離，甲酸含量達(dá)循環(huán)使用的要求，且收率較高；共沸萃取精餾過程中所用的低沸點共沸劑便于再生和循環(huán)利用，分離過程能耗低。
為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種共沸萃取精餾濃縮甲酸水溶液中甲酸的方法，包括以下步驟：
1)采用正己烷和正庚烷的混合液為低沸點共沸萃取劑，原料甲酸水溶液進(jìn)入共沸萃取精餾塔進(jìn)行分離，甲酸水溶液經(jīng)共沸萃取精餾分離之后，共沸萃取精餾塔塔頂?shù)玫郊姿岷凸卜休腿┑幕旌蠚怏w；塔底為少量甲酸水溶液；
2)共沸萃取精餾塔塔頂?shù)玫郊姿岷凸卜休腿┑幕旌蠚怏w經(jīng)冷凝后，分為共沸萃取劑層和甲酸層，其中甲酸層中甲酸含量≥85.0wt％，補(bǔ)充共沸萃取劑后，共沸萃取劑部分從共沸萃取精餾塔塔頂回流，另一部分循環(huán)至共沸萃取精餾塔。
本發(fā)明方法采用了一種共沸萃取精餾方法，將甲酸和水分離及低沸點共沸萃取劑循環(huán)使用，在同一共沸萃取精餾塔上實現(xiàn)分離，簡化了生產(chǎn)工藝流程。
所述的方法中，原料甲酸水溶液，以質(zhì)量百分比計，甲酸的含量為45.1-58.9％。
所述的方法中，原料與低沸點共沸萃取劑的進(jìn)料質(zhì)量比為1∶0.6～1.0。
所述的方法中，低沸點共沸萃取劑為含40～55wt％正己烷的正庚烷溶液。
所述的方法中，共沸萃取精餾塔的塔頂和塔底的溫度分別為68.5～73.6℃和83.3～90.7℃，回流比為1.5～2.0。
所述的方法中，共沸萃取精餾塔塔底得到甲酸水溶液甲酸含量為1.0～1.5wt％。
所述方法中，共沸萃取精餾塔的壓力為1.013*106，理論塔板數(shù)為≥45，原料進(jìn)料位置為20，低沸點共沸萃取劑進(jìn)料位置為35。
有益效果：本發(fā)明的共沸萃取精餾濃縮甲酸水溶液中甲酸的方法，將傳統(tǒng)共沸精餾和萃取精餾有效集成在同一裝置中，在同一共沸萃取精餾塔上實現(xiàn)甲酸精制和低共沸萃取劑回流和循環(huán)使用。與傳統(tǒng)工藝相比，本發(fā)明工藝簡單，經(jīng)一次共沸萃取分離，甲酸的含量達(dá)循環(huán)使用的要求，且收率較高；共沸萃取精餾過程中所用低共沸萃取劑經(jīng)分層，可回流和循環(huán)利用，分離過程能耗低。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的共沸萃取精餾濃縮甲酸水溶液中甲酸的工藝流程示意圖。
具體實施方式
下面通過具體實施例對本發(fā)明所述的技術(shù)方案給予進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但有必要指出以下實施例只用于對發(fā)明內(nèi)容的描述，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
實施例1
本發(fā)明的一種共沸萃取精餾濃縮甲酸水溶液中甲酸的方法，分離裝置及工藝流程參照圖1，其中1為共沸萃取精餾塔，2為共沸萃取精餾塔塔頂冷凝器，3為液液分層罐，4為塔釜加熱器；工藝流程中涉及的主要物流包括①為原料甲酸水溶液，②為共沸萃取精餾塔塔頂出料，③液液分層罐中上層低沸點共沸萃取劑回流液，④為液液分層罐下層出料，⑤為液液分層罐中上層循環(huán)使用的低沸點共沸萃取劑，⑥為共沸萃取精餾塔底部出料，⑦和⑧為補(bǔ)充的低沸點共沸萃取劑。
共沸萃取精餾塔的操作在常壓下進(jìn)行，塔內(nèi)徑為40mm，內(nèi)裝φ4*4θ型玻璃填料，經(jīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系測定，該填料等板高度HETP＝42mm，塔釜用盤管式電加熱，原料、低沸點共沸萃取劑進(jìn)料及出料均用玻璃轉(zhuǎn)子流量計計量，萃取精餾塔回流和循環(huán)均采用外回流。
本發(fā)明的一種共沸萃取精餾濃縮甲酸水溶液中甲酸的方法，具體步驟如下：原料甲酸水溶液①由共沸萃取精餾塔1的中上部加入，低沸點共沸萃取劑⑤(含40～55％正己烷的正庚烷溶液)在共沸萃取精餾塔1的中下部位進(jìn)料，低沸點共沸萃取劑分別在⑦和⑧處補(bǔ)充加入，液液分層灌3上層油相中的低沸點共沸萃取劑部分③回流至共沸萃取精餾塔1，另一部分⑤循環(huán)至共沸萃取精餾塔1中下部共沸萃取劑進(jìn)料處，循環(huán)使用。原料甲酸水溶液①經(jīng)共沸萃取精餾后，共沸萃取精餾塔1塔頂?shù)玫降募姿岷偷头悬c共沸萃取劑經(jīng)冷凝器2冷凝，進(jìn)入液液分層罐3后，分為甲酸層④和低沸點共沸萃取劑層③，甲酸層④為含量在85.0％以上甲酸，低沸點共沸萃取劑層部分③回流至共沸萃取精餾塔頂，另一部分循環(huán)至共沸萃取精餾塔中下部循環(huán)使用；在液液分離罐3和共沸萃取精餾塔1中下部適當(dāng)補(bǔ)充低沸點共沸萃取劑⑦和⑧；共沸萃取精餾塔1塔底為甲酸含量低于1.50％的甲酸水溶液⑥。
采用某公司提供的甲酸水溶液為原料，經(jīng)分析其組成成分如表2所示。如非特別說明，以下描述中涉及的物料以及表2中組成均為質(zhì)量含量。經(jīng)HP色譜儀分析，原料和各餾分組成詳細(xì)結(jié)果見表2所示。
上述方法的詳細(xì)步驟如下：
1)低沸點共沸萃取劑⑤(含40～55％正己烷的正庚烷溶液)在共沸萃取精餾塔1的中下部位進(jìn)料，補(bǔ)充的低沸點共沸萃取劑分別在⑦和⑧位置加入液液分層罐3和共沸萃取精餾塔1中下部，液液分層灌3中的低沸點共沸萃取劑③由液液分層灌3回流至共沸萃取精餾塔1，原料甲酸水溶液①從共沸萃取精餾塔1的中上部加入，控制共沸萃取精餾塔1塔頂、塔底溫度分別為68.5～73.6℃和83.3～90.7℃，原料甲酸水溶液①經(jīng)共沸萃取精餾分離之后，共沸萃取精餾塔1塔頂?shù)玫郊姿岷偷头悬c共沸萃取劑的混合氣體；共沸萃取精餾塔1塔底得到含少量甲酸水溶液⑥；
2)共沸萃取精餾塔1塔頂?shù)玫郊姿岷偷头悬c共沸萃取劑水的混合氣體經(jīng)冷凝后，進(jìn)入液液分層罐3分層，分為低沸點共沸萃取劑層③和甲酸層④，其中低沸點共沸萃取劑層中甲酸≤0.81wt％(10～12℃)，循環(huán)至共沸萃取精餾塔1，甲酸層中含甲酸≥85.9wt％；共沸萃取精餾塔1塔底得到的含1.0～1.5％甲酸水溶液送至廢水處理裝置。
所述分離過程優(yōu)選的工藝條件如下：共沸萃取精餾過程中塔底、塔頂溫度控制、回流比、進(jìn)料位置及塔板數(shù)見表1所示，分離結(jié)果見表2所示。
表1共沸萃取精餾過程工藝條件
表2共沸萃取精餾濃縮甲酸水溶液中甲酸的分離結(jié)果
實施例2
按照與實施例1基本相同的方法采用共沸萃取精餾濃縮甲酸水溶液中甲酸，原料甲酸水溶液中甲酸的含量為45.1wt％，工藝條件與實施例1相同，分離后甲酸層中含甲酸為≥85wt％。
實施例3
按照與實施例1基本相同的方法采用共沸萃取精餾濃縮甲酸水溶液中甲酸，原料甲酸水溶液中甲酸的含量為58.9wt％，工藝條件與實施例1相同，分離后甲酸層中含甲酸為≥85wt％。
本發(fā)明采用共沸萃取精餾濃縮甲酸水溶液中甲酸的工藝，將傳統(tǒng)共沸精餾和萃取精餾有效集成在共沸萃取精餾塔，在共沸萃取精餾塔上實現(xiàn)甲酸濃縮，甲酸含量達(dá)到回收使用的要求，簡化了生產(chǎn)工藝流程。與傳統(tǒng)工藝相比，本發(fā)明方法將傳統(tǒng)共沸精餾與萃取精餾有效集成，在共沸萃取精餾塔中實現(xiàn)分離，過程簡單；甲酸含量和收率分別達(dá)到85.0％和99.0％以上，甲酸含量達(dá)到回收使用的要求，顯著降低甲酸廢液的處理量；共沸萃取精餾過程中所用低沸點共沸萃取劑循環(huán)利用。