乙酸乙酯分水連續(xù)操作在萃取中的應(yīng)用

周多祥

（安徽泰格生物科技有限公司，安徽 固鎮(zhèn) 233705）

引言

乙酸乙酯又稱醋酸乙酯。純凈的乙酸乙酯是無色透明具有刺激性氣味的液體，是一種用途廣泛的精細(xì)化工產(chǎn)品，具有優(yōu)異的溶解性，用途廣泛，是一種非常重要的有機(jī)化工原料和極好的工業(yè)溶劑，被廣泛用于醋酸纖維、乙基纖維、氯化橡膠、乙烯樹脂、乙酸纖維樹酯、合成橡膠、涂料及油漆等的生產(chǎn)過程中。

乙酸乙酯對空氣敏感，能吸水分，使其緩慢水解而呈酸性反應(yīng)。能與氯仿、乙醇、丙酮和乙醚混溶，溶于水（體積分?jǐn)?shù)為10%）。相對密度0.902。熔點(diǎn)-83 ℃。沸點(diǎn)77 ℃。折光率1.3719。閃點(diǎn)7.2 ℃（開杯）。易燃。蒸氣能與空氣形成爆炸性混合物[1]。由于乙酸乙酯部分溶于水，使得乙酸乙酯與水溶解分層時(shí)，水相中含有部分乙酸乙酯約8%（質(zhì)量分率），乙酸乙酯相中含有少量水約5%，因此。萃取后萃取相、萃余相均要再處理，或提純、或蒸餾，達(dá)到綜合利用。

安徽泰格生物科技有限公司公司于2019 年建設(shè)投產(chǎn)年產(chǎn)6 000 t 泛酸鈣生產(chǎn)線。泛酸鈣又名維生素B5（VB5）,是人和動(dòng)物維持正常生理機(jī)能不可缺少的微量物質(zhì)。DL-泛解酸內(nèi)酯是生產(chǎn)D-泛酸鈣的主要原料，生產(chǎn)DL-泛解酸內(nèi)酯常用方法是以甲醛和異丁醛為起始原料，經(jīng)羥醛縮合、腈化、內(nèi)脂化等反應(yīng)生成DL 泛解酸內(nèi)酯，DL-泛解酸內(nèi)酯經(jīng)拆分過濾后，拆分液通過乙酸乙酯萃取，萃余相即水相含有少量的乙酸乙酯，在一定溫度下，經(jīng)過反應(yīng)釜簡單蒸餾后，幾乎所含的乙酸乙酯和部分水被蒸餾出來并冷凝，可明顯看出冷凝液有分層現(xiàn)象。在使用含有分層水的乙酸乙酯在萃取中使用時(shí)，公司經(jīng)過幾個(gè)階段，現(xiàn)將使用過程介紹如下。

1 第一階段:含分層水乙酸乙酯直接使用萃取離心機(jī)萃取

首先，公司對乙酸乙酯回收使用時(shí)，是將含分層水的乙酸乙酯直接去乙酸乙酯儲罐，然后去萃取離心機(jī)萃取D-L 泛解酸內(nèi)酯拆分壓濾液。由于乙酸乙酯含有分層水，水的密度為1 g/mL，而乙酸乙酯的相對密度為0.902。萃取離心機(jī)的原理就是利用兩者的密度差，密度差穩(wěn)定，萃取就平穩(wěn)。而乙酸乙酯和分層水形成兩相混合物，密度不均一，會直接造成萃取離心機(jī)分離效果差。實(shí)踐中，需要多次調(diào)節(jié)萃取輕重相比例（乙酸乙酯為輕相，拆分壓濾液為重相），稍微提高萃取進(jìn)料量，萃取出料重相容易出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，重相內(nèi)泛解算內(nèi)酯殘留超標(biāo)、系統(tǒng)平衡破壞，從而導(dǎo)致萃取回流頻繁，生產(chǎn)能力下降。尤其是后道工序受到影響，特別是員工疏忽大意，可以造成部分水相含有L-泛解酸鹽，當(dāng)L-泛解酸鹽內(nèi)酯化后，顯著降低D-泛解酸內(nèi)酯旋光，另一方面，在下一道工序即內(nèi)酯化后再次萃取時(shí)，萃取后乙酸乙酯相可能含有大量的銨鹽，最終導(dǎo)致D 泛解酸內(nèi)酯大大降低，據(jù)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)，個(gè)別批次D-泛解酸內(nèi)酯旋光可達(dá)-30°，距離控制指標(biāo)-50°有很大距離。車間生產(chǎn)的D-泛解酸內(nèi)酯含鹽高、旋光不達(dá)標(biāo)，不能滿足后續(xù)生產(chǎn)。

結(jié)論：經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐，此種方法，乙酸乙酯和水分層兩相混合物，不能滿足萃取離心機(jī)使用。

2 第二階段:靜置分層后使用上層乙酸乙酯去萃取離心機(jī)萃取

公司討論研究決定，利用閑置儲罐，采用靜置分層辦法，來使用含水乙酸乙酯靜置分層示意圖，如下頁圖1 所示。乙酸乙酯萃取后，萃取水相經(jīng)過反應(yīng)釜蒸餾，大約100 ℃左右，蒸餾乙酸乙酯冷凝液直接進(jìn)入閑置儲罐，等待乙酸乙酯和水分層后，罐內(nèi)下層水相通過打料泵打入乙酸乙酯蒸餾釜，罐內(nèi)上層乙酸乙酯相也通過打料泵去下道工序萃取回用。但由于公司生產(chǎn)能力加大，儲罐靜置時(shí)間長，一個(gè)儲罐不能滿足現(xiàn)有生產(chǎn)能力，若繼續(xù)增加儲罐，場地空間有限，設(shè)備安裝受到限制。為此，公司繼續(xù)優(yōu)化乙酸乙酯分水工藝，確保大生產(chǎn)的需求。

圖1 靜置分層示意圖

結(jié)論：靜置分層，理論上不影響萃取離心機(jī)操作，但生產(chǎn)能力小，也不能滿足大生產(chǎn)需要。

3 第三階段，連續(xù)分水后，乙酸乙酯去萃取離心機(jī)萃取

從乙酸乙酯溶解度不大著手，考慮到含乙酸乙酯水相在蒸餾時(shí)，蒸餾的冷凝液流量穩(wěn)定，在一定的溫度下，確保冷凝液乙酸乙酯和水比例，勻速地將乙酸乙酯上層轉(zhuǎn)走，下層體積加大或及時(shí)溢流，上下層之間保持足夠的位差，就可以確保在很長時(shí)間內(nèi)，水和乙酸乙酯都能均勻地分離，達(dá)到分離要求。為此，公司采用制作3 m3、2 m3儲罐各一只，分水連續(xù)操作示意圖，如圖2 所示。

圖2 分水連續(xù)操作示意圖

1）設(shè)備安裝流程：3 立方罐（即分層罐）中部增加玻璃板式液位計(jì)，以方便巡視。分層罐接含水乙酸乙酯冷凝液，在分層罐罐體中上部，增加DN65 出口法蘭，以便上層乙酸乙酯溢流到原有乙酸乙酯儲罐即萃取前罐（此罐內(nèi)乙酸乙酯內(nèi)含有的少量水，完全溶解在乙酸乙酯內(nèi)，是均相混合物，不影響進(jìn)萃取離心機(jī)使用），分層罐底部接DN50 出料管，做成U 型彎管向上連接2 立方儲罐（即水相罐）中上部進(jìn)口法蘭，DN65 法蘭和DN50 法蘭中心線垂直高度差15 cm。水相罐底部接打料泵，目的是及時(shí)轉(zhuǎn)走罐內(nèi)水相。

2）工藝物料流程：分層罐接收乙酸乙酯冷凝液，液位逐漸升高，當(dāng)液位到達(dá)A 點(diǎn)水平面時(shí)，在重力位差作用下，分層罐下層水相可由罐底通過U 型彎管溢到流入水相罐；隨著乙酸乙酯冷凝液不斷加入分層罐，分層罐內(nèi)液位會越來越高（是因?yàn)橐宜嵋阴ッ芏刃∮谒拿芏龋?，?dāng)分層罐液位達(dá)到B 點(diǎn)水平面時(shí)，罐內(nèi)乙酸乙酯就會溢流到乙酸乙酯儲罐去。這樣分水操作就處在連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)。DN65 管路和DN50 可以保證水相和乙酸乙酯相流量滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。

3）設(shè)備改造后，每天蒸餾含水乙酸乙酯冷凝液約30 噸，其中下層分層水約10 t，除去乙酸乙酯相中含有的1 t 水（按5%含水量），乙酸乙酯重量約19 t，上層20 t 乙酸乙酯（含水5%）在15 h 之內(nèi)，通過DN65管路，按四分之一管截面流出，速度按0.5 m/s 計(jì)算，管徑完全滿足。同理，乙酸乙酯分層水利用重力位差，分層水自DN50 管路溢流到水相罐也完全滿足。

4）在生產(chǎn)中，有的廠家使用該法進(jìn)行萃取操作時(shí)，由于車間空間小，分層罐和水相罐不在同一個(gè)樓面，而是按上下樓立面安裝，如圖3 所示。此時(shí)如果按照圖2 在同一樓面安裝，可能會出現(xiàn)虹吸現(xiàn)象，即分層罐內(nèi)水相會通過U 型彎管全部虹吸到樓下水相罐，造成連續(xù)操分水作失靈。為此，可在U型彎管頂部加一放空管，當(dāng)水相從分層罐溢流時(shí)，破壞了因虹吸產(chǎn)生的負(fù)壓，分層罐內(nèi)水相在低于A 點(diǎn)水平液位時(shí)自動(dòng)停止，避免了虹吸現(xiàn)象。連續(xù)分水操作可以正常運(yùn)行。

圖3 分水連續(xù)操作 立面安裝示意圖

結(jié)論：連續(xù)分水操作設(shè)備改造后，相比前面兩種操作方式，第三種方案，產(chǎn)量大，萃取穩(wěn)定，容易操作。本次改造，所需兩個(gè)儲罐、部分管閥、液位計(jì)、一臺打料泵等，由于花費(fèi)少，新增加設(shè)備、管閥、機(jī)泵占地小，設(shè)備間距完全滿足現(xiàn)有生產(chǎn)。為穩(wěn)定車間生產(chǎn)，提高生產(chǎn)能力，起到了關(guān)鍵性作用。

4 結(jié)語

綜上所述，對于同一平面安裝和立面安裝的乙酸乙酯分水連續(xù)操作改造項(xiàng)目實(shí)施后，DL-泛解酸內(nèi)酯拆分液萃取穩(wěn)定運(yùn)行，萃取進(jìn)料量明顯加大、輕重相比例完全滿足生產(chǎn)要求，是一個(gè)成熟、穩(wěn)定的技改項(xiàng)目。