一种丙交酯生产装置及生产丙交酯的方法与流程

1.本发明涉及聚乳酸生产技术领域，具体涉及一种丙交酯生产装置及生产丙交酯的方法。


背景技术：

2.聚乳酸是一种生物可降解材料，以发酵产生的乳酸为原料，然后通过化学合成方法合成一定分子量的聚乳酸。聚乳酸使用后可被自然界中的微生物完全降解，产生二氧化碳和水，不污染环境。
3.聚乳酸的分子量会直接影响聚乳酸制品的性能。不同分子量的聚乳酸主要用于生产聚乳酸塑料制品、聚乳酸薄膜及包装袋、聚乳酸纤维。生产高分子量的聚乳酸需要高光纯度的丙交酯。
4.现有技术生产丙交酯不能实现全过程连续化，所有工艺过程均采用釜式，需要在脱水釜、预聚釜、缩聚釜、中间釜和裂解釜内搅拌或反应一段时间进入下一步生产工序。釜式工艺废水中乳酸含量高、过程为半连续过程、产生的轻质vocs多、丙交酯粗品纯度低。
5.因此，开发出一种全过程连续化、废水中乳酸含量低、产生轻质vocs少、丙交酯粗品纯度高的丙交酯生产方法是本领域人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种丙交酯生产装置及生产丙交酯的方法，该方法全过程连续化、废水中乳酸含量低、产生轻质vocs少、丙交酯产品纯度高。
7.为了实现以上目的，本发明提供如下技术方案。
8.本发明第一方面提供了一种丙交酯生产装置，包括：
9.第一精馏塔，所述第一精馏塔的中侧部设有第一进料口，其顶部设有第一排气口，底部设有第一排料口；
10.第二精馏塔，所述第二精馏塔的中侧部设有第二进料口，其顶部设有第二排气口，底部设有第二排料口，其中所述第二进料口与所述第一排料口连通；
11.解聚结构，所述解聚结构的中上部设有第三进料口，中下部设有第三排料口，其中所述第三进料口与所述第二排料口连通；以及
12.第三精馏塔，所述第三精馏塔的中下部设有第四进料口，其顶部设有第三排气口，所述第四进料口与所述第三排料口连通。
13.本发明第二方面提供了利用本发明第一方面提供的丙交酯生产装置生产丙交酯的方法，包括：
14.将乳酸原料预热后送入第一精馏塔进行脱水；
15.将脱水后的乳酸送入第二精馏塔，在催化剂作用下发生预聚反应，得到乳酸预聚物；
16.将所述乳酸预聚物送入解聚结构，所述乳酸预聚物布膜在布膜器上进行解聚反应
得到粗丙交酯；
17.将所述粗丙交酯送入第三精馏塔，与高沸物进行分离，通过第三冷凝器后得到丙交酯产品；以及
18.对所述丙交酯产品再进行结晶处理后得到高光纯丙交酯。
19.优选地，所述乳酸原料预热温度为50-200℃，例如可为50℃、100℃、150℃、200℃。
20.优选地，所述脱水步骤温度为50-200℃(例如可为50℃、100℃、150℃、200℃)，压力为0.1-50kpa(例如可为0.1kpa、1kpa、5kpa、10kpa、15kpa、20kpa、25kpa、30kpa、35kpa、40kpa、45kpa、50kpa)。
21.优选地，所述预聚反应的温度为50-200℃(例如可为50℃、100℃、150℃、200℃)，压力0.1-50kpa(例如可为0.1kpa、1kpa、5kpa、10kpa、15kpa、20kpa、25kpa、30kpa、35kpa、40kpa、45kpa、50kpa)。
22.优选地，所述解聚反应的温度为100-300℃(例如可为100℃、150℃、200℃、250℃、300℃)，压力0.1-50kpa(例如可为0.1kpa、1kpa、5kpa、10kpa、15kpa、20kpa、25kpa、30kpa、35kpa、40kpa、45kpa、50kpa)。
23.优选地，所述分离步骤的温度为100-300℃(例如可为100℃、150℃、200℃、250℃、300℃)，压力0.1-50kpa(例如可为0.1kpa、1kpa、5kpa、10kpa、15kpa、20kpa、25kpa、30kpa、35kpa、40kpa、45kpa、50kpa)。
24.优选地，所述在布膜器上未进行解聚反应的乳酸预聚物通过循环机泵继续进入解聚结构进行解聚反应。
25.优选地，所述乳酸原料的浓度为80％-99％(例如可为80％、82％、84％、86％、88％、90％、92％、94％、96％、99％)。
26.优选地，所述丙交酯产品的纯度为98-99％(例如可为98％、98.1％、98.2％、98.3％、98.4％、98.5％、98.6％、98.7％、98.8％、98.9％、99％)。
27.相比现有技术，本发明的有益效果：
28.1、本发明提供一种丙交酯生产装置，该装置通过设置第一精馏塔、第二精馏塔、解聚结构以及第三精馏塔，并通过将第一精馏塔的排料口与第二精馏塔的进料口连通，第二精馏塔的排料口与解聚结构的进料口连通，以及解聚结构的排料口与第三精馏塔的进料口连通，实现了丙交酯生产过程中的连续进料与连续出料，使得丙交酯生产全过程连续化进行。
29.2、本发明提供一种利用上述丙交酯生产装置进行的丙交酯生产方法，该方法全过程连续化、废水中乳酸含量低、产生轻质挥发性有机物(vocs)少、丙交酯产品纯度高、后处理能耗低。
附图说明
30.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。
31.附图1为丙交酯生产装置的结构示意图。
32.附图2为催化结构的结构示意图。
33.附图3为布膜器正视图。
34.附图4为布膜器俯视图。
35.附图5为乳酸预聚物以液体薄膜状在布膜器的换热管上分布状态示意图。
36.附图标记说明
37.100为第一精馏塔，101为第一进料口，102为第一排气口，103为第一排料口，200为第二精馏塔，201为第二进料口，202为第二排气口，203为第二排料口，204为液体分布盘，205为催化剂床层，206为瓷球，300为解聚结构，301为第三进料口，302为第三排料口，303为分配盘，304为换热管，400为第三精馏塔，401为第四进料口，402为第三排气口，500为第一冷凝器，600为第冷凝器，700为第三冷凝器，800为循环机泵，900为第一塔釜采出管，1000为第二塔釜采出管。
具体实施方式
38.以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
39.在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
40.在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
41.由于现有技术中生产丙交酯不能实现全过程连续化，所有工艺过程均采用釜式，废水中乳酸含量高、产生的轻质vocs多、丙交酯粗品纯度低，因此，本发明提供一种连续化的丙交酯生产装置，其结构如下。
42.图1给出了本发明的丙交酯生产装置结构示意图。具体地，如图1所示，本发明的丙交酯生产装置，包括：第一精馏塔100，第一精馏塔100的中侧部设有第一进料口101，其顶部设有第一排气口102，底部设有第一排料口103；第二精馏塔200，第二精馏塔的中侧部设有第二进料口201，其顶部设有第二排气口202，底部设有第二排料口203，其中第二进料口201与第一排料口103连通；解聚结构300，解聚结构300的中上部设有第三进料口301，中下部设有第三排料口302，其中第三进料口301与第二排料口203连通；以及第三精馏塔400，第三精馏塔400的中下部设有第四进料口401，其顶部设有第三排气口402，第四进料口401与第三排料口302连通。
43.本发明的丙交酯生产装置通过设置第一精馏塔、第二精馏塔、解聚结构以及第三精馏塔，并通过将第一精馏塔的排料口与第二精馏塔的进料口连通，第二精馏塔的排料口与解聚结构的进料口连通，以及解聚结构的排料口与第三精馏塔的进料口连通，实现了丙交酯生产过程中的连续进料与连续出料，使得丙交酯生产全过程连续化进行。
44.优选地，本发明的丙交酯生产装置还包括：循环机泵800，循环机泵800分别与第三排料口302、第三进料口301连通。这样设置使得未解聚的乳酸预聚物再一次进入解聚结构300，与新进入解聚结构300的乳酸预聚物混合后，进一步发生解聚反应。
45.优选地，本发明的丙交酯生产装置还包括：第一冷凝器500，第一冷凝器500分别与第一排气口102、第一塔釜采出管900连通；第二冷凝器600，第二冷凝器600分别与第二排气口202、第一塔釜采出管900连通；以及第三冷凝器700，第三冷凝器700分别与第三排气口402、第二塔釜采出管1000连通。
46.本发明通过在第一精馏塔100塔顶设置第一冷凝器500，并将第一冷凝器500与第一精馏塔100的第一排气口102以及第一塔釜采出管900连通，使得乳酸原料中的水以气相形式进入第一精馏塔100精馏段后，从第一精馏塔100塔顶采出，气相水通过管道进入第一冷凝器500冷凝为液相，液相中乳酸的含量小于100ppm，作为直排废水直接排出装置外，节约废水处理成本。
47.本发明通过在第二精馏塔200塔顶设置第二冷凝器600，并将第二冷凝器600与第二精馏塔200的第二排气口202以及第一塔釜采出管900连通，使得脱水后的乳酸进入第二精馏塔200后在催化剂作用下发生预聚反应得到乳酸预聚物，该过程中产生的水气化后进入精馏段，从第二精馏塔200塔顶采出，气相水通过管道进入第二冷凝器600冷凝为液相，液相中乳酸含量小于100ppm，可以作为直排废水直接排出装置外，节约废水处理成本。
48.本发明通过在第三精馏塔400塔顶设置第三冷凝器700，并将第三冷凝器700分别与第三精馏塔400第三排气口402以及第二塔釜采出管1000连通，使得乳酸预聚物在解聚结构300通过解聚反应得到的粗丙交酯进入第三精馏塔400后，与高沸物(四聚体、六聚体)进行分离，粗丙交酯以气相形式进入第三冷凝器700，得到丙交酯产品。在本发明中，丙交酯产品中不含大量的四聚体、六聚体等比丙交酯沸点略高的组分，节约了后处理工序能耗，产生的高沸物少，冷凝后的丙交酯产品纯度达到98-99％。
49.优选地，第二精馏塔200从下至上分别为反应段、提馏段、精馏段，其中反应段包括至少一个催化结构。在本发明中，第一精馏塔100上段为精馏段，下段为提馏段。乳酸原料通过第一精馏塔100脱水后，脱水后的乳酸以液相形式进入第一精馏塔100提馏段，提馏段含有的少量水以气相进入精馏段继续从第一精馏塔100塔顶采出，塔釜采出的不含水乳酸从第一排料口103进入第二精馏塔200。不含水乳酸进入反应段催化结构，在催化剂作用下发生预聚反应得到乳酸预聚物，预聚反应过程产生的水气化后进入精馏段从塔顶采出，精馏段含有的少量乳酸以液相回流至提馏段，提馏段不含水乳酸进入反应段催化结构继续反应。由于反应段包括至少一个催化结构，经过催化结构预聚后，进入下一个催化结构，进一步发生预聚反应，气相水继续进入精馏段，达标后的乳酸预聚物进入塔釜。
50.优选地，催化结构从上至下包括液体分布盘204、催化剂床层205、瓷球206。图2给出了本发明的催化结构的结构示意图。具体地，如图2所示，催化结构上部为液体分布盘204，通过液体分布盘204将不含水的液相乳酸均匀分配到催化剂床层205，在催化剂作用下发生预聚反应得到乳酸预聚物，该反应方式节能的同时可以避免产生高沸物。催化剂床层205具有有一定的高度，保证不含水乳酸在催化剂床层205的反应、停留时间，以使预聚反应得彻底、充分。催化结构底部设有瓷球206，可以起到支撑和防止催化剂泄露的作用。不含水的液相乳酸完成本段反应后，溢流至下一段催化结构液体分布盘，接着进行下一段反应，最
终得到乳酸预聚物。
51.优选地，解聚结构300包括布膜器，布膜器包括至少一个换热管304。如图3、图4所示，布膜器中包括多个换热管304。乳酸预聚物从第二精馏塔200的第二排料口203排除，从解聚结构300的第三进料口301进入解聚结构，分布在解聚结构300内的布膜器上。布膜器包括分配盘303，乳酸预聚物均匀分布到布膜器周边进行布膜。如图5所示，乳酸预聚物以液体薄膜状在布膜器的换热管304上分布均匀，发生解聚反应，解聚产生的粗丙交酯迅速从换热管304上的液体薄膜中逸出，进入第三精馏塔400，同时与高沸物(四聚体、六聚体)进行分离，粗丙交酯以气相形式进入第三冷凝器700，得到丙交酯产品。粗丙交酯从产生到丙交酯产品收集，在丙交酯生产装置内停留时间短，避免了粗丙交酯进一步裂解产生轻质vocs。而解聚反应产生的四聚体、六聚体等高沸物通过循环机泵800回到解聚结构300进一步解聚产生粗丙交酯，提高了丙交酯产品收率。
52.在本发明的一个具体实施方式中，还提供一种生产丙交酯的方法，利用如上所述的丙交酯生产装置实现，包括：
53.将乳酸原料预热后送入第一精馏塔100进行脱水；
54.将脱水后的乳酸送入第二精馏塔200，在催化剂作用下发生预聚反应，得到乳酸预聚物；
55.将乳酸预聚物送入解聚结构300，乳酸预聚物布膜在布膜器上进行解聚反应得到粗丙交酯；
56.将粗丙交酯送入第三精馏塔400，与高沸物进行分离，通过第三冷凝器后得到丙交酯产品；以及
57.对丙交酯产品再进行结晶处理后得到高光纯丙交酯。
58.如图1所示，在本发明的一个实施方式中，生产丙交酯的方法包括：
59.将80％-99％浓度乳酸预热至50-200℃，送入第一精馏塔100，第一精馏塔100内温度为50-200℃，塔内压力为0.1-50kpa，第一精馏塔上段为精馏段，下段为提馏段。乳酸原料中的水以气相形式进入第一精馏塔100精馏段，脱水后的乳酸以液相形式进入第一精馏塔100提馏段，精馏段含有的少量乳酸同样以液相回流至提馏段，提馏段含有的少量水以气相进入精馏段，第一精馏塔100塔顶仅采出气相水，气相水通过管道进入第一冷凝器500冷凝为液相，作为直排废水排出丙交酯生产装置外，提馏段的脱水后的乳酸进入第一精馏塔100塔釜；
60.脱水后的乳酸从第一精馏塔100的第一排料口103进入第二精馏塔200，第二精馏塔200内温度为50-200℃，塔内压力为0.1-50kpa，第二精馏塔200从下至上分别为反应段、提馏段、精馏段，其中反应段包括至少一个催化结构。脱水后的乳酸进入催化结构后，在催化剂作用下发生预聚反应得到乳酸预聚物，预聚反应过程产生的水相气化后进入精馏段从塔顶采出，精馏段含有的少量乳酸以液相回流至提馏段，提馏段不含水乳酸进入反应段催化结构继续反应。由于反应段包括至少一个催化结构，经过催化结构预聚后，进入下一个催化结构，进一步发生预聚反应，气相水继续进入精馏段从而从塔顶采出，达标后的乳酸预聚物进入第二精馏塔200塔釜；
61.将乳酸预聚物送入解聚结构300，解聚结构300内的温度为100-300℃，压力为0.1-50kpa，乳酸预聚物以液体薄膜状在解聚结构300内的布膜器的热管上分布均匀，发生解聚
反应，解聚产生的粗丙交酯迅速从热管上的薄膜液体中逸出；
62.将粗丙交酯送入第三精馏塔400，与高沸物(四聚体、六聚体)进行分离，通过第三冷凝器700冷凝后后得到丙交酯产品，而解聚反应产生的四聚体、六聚体等高沸物通过循环机泵800回到解聚结构300进一步解聚产生粗丙交酯，提高了丙交酯产品收率；
63.对丙交酯产品再进行结晶处理后得到高光纯丙交酯。
64.实施例1
65.将90％浓度乳酸原料预热至80℃，送入第一精馏塔100进行脱水，第一精馏塔100内温度为70～100℃，塔内压力为30kpa。第一精馏塔100塔顶仅采出气相水，气相水通过管道进入第一冷凝器500冷凝为液相，作为直排废水排出丙交酯生产装置外，脱水后的乳酸进入第一精馏塔100塔釜；
66.脱水后的乳酸从第一精馏塔100的第一排料口103进入第二精馏塔200，第二精馏塔200内温度为70～150℃，塔内压力为15kpa。脱水后的乳酸进入催化结构后，在催化剂作用下发生预聚反应得到乳酸预聚物，预聚反应过程产生的水相气化后进入精馏段从塔顶采出，精馏段含有的少量乳酸以液相回流至提馏段，提馏段不含水乳酸进入反应段催化结构继续反应。气相水继续进入精馏段从而从塔顶采出并排出丙交酯生产装置，达标后的乳酸预聚物进入第二精馏塔200塔釜；
67.将乳酸预聚物送入解聚结构300，解聚结构300内的温度为230℃，压力为5kpa，乳酸预聚物以液体薄膜状在解聚结构300内的布膜器的热管上分布均匀，发生解聚反应，解聚产生的粗丙交酯迅速从热管上的薄膜液体中逸出；
68.将粗丙交酯送入第三精馏塔400，与高沸物(四聚体、六聚体)进行分离，第三精馏塔内温度为160℃，压力为5kpa，通过第三冷凝器700冷凝后得到丙交酯产品，丙交酯产品的纯度为99％，而解聚反应产生的四聚体、六聚体等高沸物通过循环机泵800回到解聚结构300进一步解聚产生粗丙交酯；
69.对丙交酯产品再进行结晶处理后得到高光纯丙交酯。
70.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种丙交酯生产装置，其特征在于，包括：第一精馏塔，所述第一精馏塔的中侧部设有第一进料口，其顶部设有第一排气口，底部设有第一排料口；第二精馏塔，所述第二精馏塔的中侧部设有第二进料口，其顶部设有第二排气口，底部设有第二排料口，其中所述第二进料口与所述第一排料口连通；解聚结构，所述解聚结构的中上部设有第三进料口，中下部设有第三排料口，其中所述第三进料口与所述第二排料口连通；以及第三精馏塔，所述第三精馏塔的中下部设有第四进料口，其顶部设有第三排气口，所述第四进料口与所述第三排料口连通。2.根据权利要求1所述的丙交酯生产装置，其特征在于，还包括：循环机泵，所述循环机泵分别与所述第三排料口、所述第三进料口连通。3.根据权利要求1或2所述的丙交酯生产装置，其特征在于，还包括：第一冷凝器，所述第一冷凝器分别与所述第一排气口、第一塔釜采出管连通；第二冷凝器，所述第二冷凝器分别与所述第二排气口、所述第一塔釜采出管连通；以及第三冷凝器，所述第三冷凝器分别与所述第三排气口、第二塔釜采出管连通。4.根据权利要求1或2所述的丙交酯生产装置，其特征在于，所述第二精馏塔从下至上分别为反应段、提馏段、精馏段，其中所述反应段包括至少一个催化结构。5.根据权利要求4所述的丙交酯生产装置，其特征在于，所述催化结构从上至下包括液体分布盘、催化剂床层、瓷球。6.根据权利要求1或2所述的丙交酯生产装置，其特征在于，所述解聚结构包括布膜器，所述布膜器包括至少一个换热管。7.一种利用权利要求1-6任一项所述丙交酯生产装置生产丙交酯的方法，其特征在于，包括：将乳酸原料预热后送入第一精馏塔进行脱水；将脱水后的乳酸送入第二精馏塔，在催化剂作用下发生预聚反应，得到乳酸预聚物；将所述乳酸预聚物送入解聚结构，所述乳酸预聚物布膜在布膜器上进行解聚反应得到粗丙交酯；将所述粗丙交酯送入第三精馏塔，与高沸物进行分离，通过第三冷凝器后得到丙交酯产品；以及对所述丙交酯产品再进行结晶处理后得到高光纯丙交酯。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述乳酸原料预热温度为50-200℃，所述脱水步骤温度为50-200℃，压力为0.1-50kpa；所述预聚反应的温度为50-200℃，压力0.1-50kpa；所述解聚反应的温度为100-300℃，压力0.1-50kpa；所述分离步骤的温度为100-300℃，压力0.1-50kpa。9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述在布膜器上未进行解聚反应的乳酸预聚物通过循环机泵继续进入解聚结构进行解聚反应。10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述乳酸原料的浓度为80％-99％，所述丙交酯产品的纯度为98-99％。

技术总结
本发明涉及一种丙交酯生产装置，该装置通过设置第一精馏塔、第二精馏塔、解聚结构以及第三精馏塔，并通过将第一精馏塔的排料口与第二精馏塔的进料口连通，第二精馏塔的排料口与解聚结构的进料口连通，以及解聚结构的排料口与第三精馏塔的进料口连通，实现了丙交酯生产过程中的连续进料与连续出料，使得丙交酯生产全过程连续化进行。本发明还涉及一种利用前述丙交酯生产装置进行的丙交酯生产方法，该方法全过程连续化、废水中乳酸含量低、产生轻质VOCS少、丙交酯产品纯度高。丙交酯产品纯度高。丙交酯产品纯度高。


技术研发人员：陈清文 谭明奇 劳含章 罗欣 盛浩强 林园园
受保护的技术使用者：山东朗净新材料科技有限公司
技术研发日：2023.03.29
技术公布日：2023/7/22