一种草酸酯水解制备草酸的装置及制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种草酸酯水解制备草酸的装置，包括经管道相互连接的配料罐、预反应釜、反应精馏塔、甲醇精制塔和结晶釜。本发明专利技术将预反应和反应精馏技术相结合，通过草酸母液循环，利用草酸的自催化作用，实现草酸酯的高效水解，得到高纯的草酸产品。

A device and preparation method of oxalic acid by hydrolysis of oxalate

【技术实现步骤摘要】
一种草酸酯水解制备草酸的装置及制备方法
本专利技术涉及一种草酸酯水解制备草酸的装置及制备方法，属于草酸酯水解的

技术介绍
草酸是一种重要的化工原料，广泛用于医药、印染和塑料等行业。作为一种沉淀剂，草酸还可以用来分离提纯稀土元素。随着航天、新能源、新材料等领域的快速发展，草酸的应用领域越来越广阔，草酸的需求量呈逐年递增态势。目前草酸的制备方法中主要包括合成法和水解法，其中水解法是草酸酯在酸性条件下水解制得草酸，草酸酯水解反应过程由两步反应构成，首先是草酸二酯快速水解生成草酸单酯，然后草酸单酯继续水解生成草酸，其中第二步反应速率慢，是整个水解反应的控制步骤，水解后的草酸溶液通过冷却结晶就能得到草酸产品。但是因为草酸二酯和草酸单酯在水中溶解度小，且熔点高，所以如果草酸酯水解不完全，在结晶釜内残留的草酸单酯或草酸二酯也会和草酸一起结晶析出，那么就无法得到合格的草酸产品。专利CN1094922C公开了一种采用草酸二乙酯直接水解制草酸的方法，利用反应精馏塔进行草酸二乙酯水解，塔底产出草酸溶液进行结晶。但是采用该方法草酸二乙酯的转化率是97%，草酸的收率只有87%，其可能原因是草酸单乙酯水解反应速率慢，草酸单乙酯在精馏塔反应段的停留时间不够。专利CN104892389B公开了一种连续反应精馏水解草酸二甲酯制备草酸的工艺，该工艺以草酸二甲酯为原料，在连续反应精馏隔壁塔中自催化水解制取草酸。虽然该方法的转化率达到99%，但是该工艺仍存在一些不足，影响其工业化应用。首先是隔壁反应精馏塔的结构复杂，不仅设备造价高，而且设备控制复杂；接着是整个工艺的流程复杂，除了隔壁反应精馏塔，还需要甲甲醇精制塔、脱轻塔等单元过程；其次是采用蒸发浓缩结晶的方式得到草酸晶体，系统的能耗高；最后采用反应生成的草酸进行自催化，反应速率慢，反应精馏塔设备大。因此需要开发出草酸酯水解制备草酸的新工艺，解决目前草酸酯水解制备草酸的问题。
技术实现思路
鉴于现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种草酸酯水解制备草酸的装置及制备方法，具有反应快，水解率高，选择性好的特点。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种草酸酯水解制备草酸的装置，包括经管道相互连接的配料罐、预反应釜、反应精馏塔、甲醇精制塔和结晶釜。优选的，所述配料罐的上部一侧连通着进水口和草酸酯进口，配料罐的顶部进口管道连通着结晶釜的顶部出口，配料罐的底部出口管道连通着预反应釜的上部一侧进口，预反应釜的底部出口通过第一离心泵连通着反应精馏塔的预反应料进口，反应精馏塔的底部出口通过第二离心泵连通着第一冷却器的进口，第一冷却器的出口管道连通着结晶釜的进口，所述反应精馏塔的顶部出口管道连通着甲醇精制塔的进口，甲醇精制塔底部出口通过管道连通着配料罐的进水口；所述反应精馏塔的上部一侧和顶部之间串联设有第二冷却器，使反应精馏塔的塔釜顶部形成冷凝回流回路；所述甲醇精制塔的上部一侧和顶部之间串联设有第三冷却器，使甲醇精制塔的塔釜顶部形成冷凝回流回路。优选的，所述反应精馏塔的底部和下部一侧之间串联设有反应精馏塔再沸器，使反应精馏塔的塔釜底部形成回流回路；所述甲醇精制塔的底部和下部一侧之间串联设有甲醇精制塔再沸器，使甲醇精制塔的塔釜底部形成回流回路。优选的，所述反应精馏塔的预反应料进口位于塔身高度的1/4～1/2处；所述甲醇精制塔的进口位于塔身高度的2/5～2/3处。优选的，所述反应精馏塔是板式塔、填料塔中的一种或两种的组合结构，且反应精馏塔的理论板数为25～50块。优选的，所述甲醇精制塔是板式塔、填料塔中的一种或两种的组合结构，且甲醇精制塔的理论板数为20～32块。一种草酸酯水解制备草酸的装置的制备方法，按以下步骤进行：步骤（1）：向配料罐中通入摩尔比为4：1～5：1的水和原料草酸酯，得到溶液；将溶液和步骤（6）中的草酸母液混合均匀得到混合溶液；所述草酸酯原料为草酸二甲酯、草酸单甲酯、草酸二乙酯或草酸单乙酯中的一种；混合溶液中水和草酸酯的摩尔配比是3：1～6：1；步骤（2）：将配料罐中的混合溶液通入预反应釜中进行初步水解反应，草酸酯的初步水解率为80～90%；得到预反应料，反应温度为60～110℃，反应时间为30～100min；步骤（3）：预反应料经第一离心泵加压通入反应精馏塔中，在反应精馏塔中进一步水解，得到草酸和醇粗品；反应精馏塔的塔顶温度为50~70℃、塔釜温度为90~110℃；步骤（4）：反应精馏塔顶部采出的醇粗品通入甲醇精制塔进行精馏，得到甲醇产品和水；甲醇精制塔的塔顶温度60~70℃、塔釜温度90~110℃；步骤（5）：反应精馏塔（3）底部采出的草酸溶液依次经第二离心泵（8）加压、第一冷却器（5）冷却，得到冷却草酸溶液，冷却草酸温度为60~70℃；步骤（6）：将冷却草酸溶液通入结晶釜（6）进行冷却结晶，得到草酸晶体和草酸母液，草酸母液通入配料罐（1），草酸晶体采出并进行离心干燥；结晶釜的结晶温度为20～40℃；经（1）~（6）步骤：原料草酸酯的水解率99.5%~99.8%，得到纯度≥99.5%的草酸产品。优选的，所述步骤（4）中甲醇精制塔的顶部经第三冷凝器的冷凝回流比为1.8～4。优选的，所述步骤（3）中反应精馏塔的顶部经第二冷凝器的冷凝回流比为2~4。优选的，所述步骤（4）中精甲醇精制塔底部的水经管道输送至配料罐上部一侧进水口。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：（1）在配料罐内利用循环的草酸母液来溶解原料草酸酯，原料草酸酯无需加热熔融，解决了固体草酸酯在管道内的输送问题；同时循环利用的草酸母液，保证草酸酯水解反应过程中始终具有质量浓度≥10%的草酸，较高浓度的草酸可以提高草酸酯水解反应速度。（2）将预反应釜和反应精馏塔相结合使用，保证草酸酯原料的水解率达到99.5%以上。在预反应釜中进行初步水解反应，使得80～90%的草酸酯在发生反应，降低反应精馏塔的负荷，有利于减小反应精馏塔的尺寸。（3）采用冷却结晶的方式得到草酸结晶产品，相比于蒸发结晶可节省能耗90%以上。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细的说明。附图说明图1为本专利技术实施例的构造示意图。具体实施方式为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。如图1所示，一种草酸酯水解制备草酸的装置，包括经管道相互连接的配料罐1、预反应釜2、反应精馏塔3、甲醇精制塔4和结晶釜6。在本专利技术实施例中，所述配料罐1的上部一侧连通着进水口和草酸酯进口，配料罐1的顶部进口管道连通着结晶釜6的顶部出口，配料罐1的底部出口管道连通着预反应釜2的上部一侧进口，预反应釜2的底部出口通过第一离心泵7连通着反应精馏塔3的预反应料进口，反应精馏塔3的底部出口通过第二离心泵8连通着第一冷却器5的进口，第一冷却器5的出口管道连通着结晶釜6的进口，所述反应精馏塔3的顶部出口管道连通着甲醇精制塔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种草酸酯水解制备草酸的装置，其特征在于：包括经管道相互连接的配料罐（1）、预反应釜（2）、反应精馏塔（3）、甲醇精制塔（4）和结晶釜（6）。/n

【技术特征摘要】
1.一种草酸酯水解制备草酸的装置，其特征在于：包括经管道相互连接的配料罐（1）、预反应釜（2）、反应精馏塔（3）、甲醇精制塔（4）和结晶釜（6）。


2.根据权利要求1所述的草酸酯水解制备草酸的装置，其特征在于：所述配料罐（1）的上部一侧连通着进水口和草酸酯进口，配料罐（1）的顶部进口管道连通着结晶釜（6）的顶部出口，配料罐（1）的底部出口管道连通着预反应釜（2）的上部一侧进口，预反应釜（2）的底部出口通过第一离心泵（7）连通着反应精馏塔（3）的预反应料进口，反应精馏塔（3）的底部出口通过第二离心泵（8）连通着第一冷却器（5）的进口，第一冷却器（5）的出口管道连通着结晶釜（6）的进口，所述反应精馏塔（3）的顶部出口管道连通着甲醇精制塔（4）的进口，甲醇精制塔（4）底部出口通过管道连通着配料罐（1）的进水口；所述反应精馏塔（3）的上部一侧和顶部之间串联设有第二冷却器（9），使反应精馏塔（3）的塔釜顶部形成冷凝回流回路；所述甲醇精制塔（4）的上部一侧和顶部之间串联设有第三冷却器（10），使甲醇精制塔（4）的塔釜顶部形成冷凝回流回路。


3.根据权利要求1所述的草酸酯水解制备草酸的装置，其特征在于：所述反应精馏塔（3）的底部和下部一侧之间串联设有反应精馏塔再沸器（31），使反应精馏塔（3）的塔釜底部形成回流回路；所述甲醇精制塔（4）的底部和下部一侧之间串联设有甲醇精制塔再沸器（41），使甲醇精制塔（4）的塔釜底部形成回流回路。


4.根据权利要求1所述的草酸酯水解制备草酸的装置，其特征在于：所述反应精馏塔（3）的预反应料进口位于塔身高度的1/4～1/2处；所述甲醇精制塔（4）的进口位于塔身高度的2/5～2/3处。


5.根据权利要求1所述的草酸酯水解制备草酸的装置，其特征在于：所述反应精馏塔（3）是板式塔、填料塔中的一种或两种的组合结构，且反应精馏塔（3）的理论板数为25～50块。


6.根据权利要求1所述的草酸酯水解制备草酸的装置，其特征在于：所述甲醇精制塔（4）是板式塔、填料塔中的一种或两种的组合结构，且甲醇精制塔（4）的理论板数为20～32块。
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【专利技术属性】
技术研发人员：邱挺，周伟，黄智贤，刘征，王清莲，王红星，叶长燊，王晓达，杨臣，
申请(专利权)人：福州大学，东华工程科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35