一种非水法处理2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯粗品的工艺
技术领域
本发明属于化工分离领域，涉及一种非水法处理2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯粗品的工艺，具体涉及一种2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯粗品中水溶性物料的分离方法。
背景技术
2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯是一种广泛应用于涂料的成膜助剂，工业生产技术是：以异丁醛为原料，在无机碱/碱土金属碳酸盐催化剂的作用下，缩合得到2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯。由于催化剂为无机盐，在油性产品中不溶，故得到的2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯粗品外观为乳白色不透明的悬浊液，悬浊液的pH值为碱性，同时由于异丁醛在缩合反应时会副产异丁酸，异丁酸再和碱性催化剂反应形成异丁酸盐，该有机盐也为碱性。目前，利用碱性催化剂和碱性有机酸盐在水中具有较大溶解度，而2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯等油性物质在水中溶解度低的特性，采用大量水洗的方法，将碱性催化剂和碱性有机酸盐从2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯等油性物质中去除，得到接近中性的含2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯的油性物质，从而在产品精馏时，避免因高温蒸煮时碱性催化剂使2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯分解而导致产品的得率降低。
水洗过程会产生大量高浓度废水，需要经过三效蒸发、芬顿氧化、生化、厌氧、水解、好氧过程才能将废水降低到园区污水厂可接受的范围内接管排放。该过程无法实现废水的循环利用，每年因处理废水造成的经济损失十分庞大，成为企业可持续发展的瓶颈问题，急待解决。
为了解决企业产生的大量废水问题，有企业采用将洗涤水全部循环套用的方法，期望能够使废水循环利用，但由于2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯粗品中存在异丁酸盐等水溶性有机酸盐，在洗涤水循环套用时，有机酸盐在洗涤水中不停累积，从而使水相有机酸盐含量越来越高，以至于套用到最终的时候，废水中COD值高达40万mg/L，从而使废水转变成高浓度有机危废，导致处理成本剧增，形成了企业可持续发展的瓶颈问题。
发明内容
异丁醛缩合生产2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯的催化剂通常为诸如碳酸钠、氢氧化钠等无机强碱性物质，碳酸钠等无机强碱性物质在2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯中几乎不溶解。针对水洗除去2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯中碱性催化剂工艺中废水产生量大、废水中资源未利用的问题，本发明通过往2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯粗品中加入压缩指数小的助滤剂，在非水条件下，通过两级过滤从2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯粗品(油性物质)分离出碳酸钠等无机强碱性物质，另一种碱性物质-有机酸盐则溶于油性物质中，碱性有机酸盐在非水条件下无法水解形成氢氧化物而不具有催化功能，即使无法通过过滤的方式将其从油性物质中分离，也不影响油性物质通过精制工段得到2,2,4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯产品。
碳酸钠等无机强碱性物质在过滤过程中形成的滤饼属于可压缩性滤饼，在过滤过程中，随着过滤压力的增大，滤饼逐渐被压缩而形成致密的滤饼，使滤饼中的空隙率逐渐变小，从而使过滤通量降低，影响过滤效率。判断过滤效率的大小在于过滤常数的大小，过滤常数由下式计算：
式中：K为过滤常数；ΔPm为过滤压差；μ为滤液粘度；为固含量量；r0为比阻系数，仅取决于物系；s为滤饼的压缩性指数。
从上式可以发现，对于选定的过滤体系，μ、r0均为恒定值，过滤常数与(ΔPm)1-s呈正比例关系，因此，在过滤过程中，降低滤饼的压缩性指数，增大过滤压力均有利于过滤。针对该过滤特性，在2,2,4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯粗品中加入压缩指数小的助滤剂，有利于增大过滤常数，提高过滤效率。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种非水法处理2,2,4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯粗品的工艺，包括：往2,2,4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯粗品中添加助滤剂，混合均匀，在助滤剂的作用下，依次经过一级粗过滤、二级精密过滤得到滤液，滤液再经精制处理得到2,2,4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯产品。
所述的2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯粗品是采用碱或碱土金属碳酸盐为催化剂催化异丁醛缩合得到的物料；所述的催化剂优选为碳酸钠、氢氧化钠等无机强碱性物质。所述的催化剂的用量为异丁醛质量的1～5％。
所述的催化剂在2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯粗品以小颗粒的形式存在，催化剂粒径分布为：粒径1～40μm(即1μm≤粒径≤40μm)占比0.5～1％，粒径40～100μm(即40μm＜粒径≤100μm)占比80～85％，粒径100～250μm(即100μm＜粒径≤250μm)占比19.5～14％。
所述的助滤剂为压缩性指数s＜0.15的物料，选自硅藻土(s＝0.098)、沉降碳酸钙(s＝0.14)，优选硅藻土。
所述的助滤剂的颗粒的粒径为50～100μm。
所述的助滤剂的用量为2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯粗品质量的0.05～0.1％。
一级粗过滤的过滤器与二级精密过滤的过滤器串联操作。
一级粗过滤的过滤器选自常规滤纸或工业级过滤管；二级精密过滤的过滤器选自常规滤纸或工业级过滤管；所述的工业级过滤管为304不锈钢粉末金属烧结滤管。
一级粗过滤的过滤器的孔径为25～50μm；二级精密过滤的过滤器的孔径为0.4～3μm。
2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯粗品在一级粗过滤的过滤器与二级精密过滤的过滤器中的过滤通量均为100～3000kg/(m2·h)，过滤压差均为0.098～0.5MPa，过滤温度为常温。当过滤压差升高到＞0.5MPa时，通过反吹扫等常规技术使滤饼从过滤器内脱落下来，从而恢复过滤器的过滤能力。
所述的滤液在真空度为0.095～0.099MPa、温度为120～180℃条件下进行精制，收集塔顶温度为115～117℃的馏份，得到含量≥98.5％的2,2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯产品。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)、与传统工艺相比，本发明革除了用水工段，杜绝的废水的产生，极大地降低了生产成本以及废水处理成本，具有极大的环境效益和经济效益。
(2)、本发明催化剂去除率达100％，且通过添加少量低压缩性指数助滤剂，可以提高过滤效率，简化工艺流程，极大地降低了操作费用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
实施例1
用碳酸钠催化异丁醛制备的2，2,4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯粗品，粗品中固体粒子(即碳酸钠)的粒径分布情况为：粒径1～40μm的微粒占比0.6％，粒径40～100μm的微粒占比84.6％，粒径100～250μm的微粒占比14.8％。
在常温下，取500g2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯粗品，加入0.25g粒径为60～80μm的硅藻土，搅拌均匀后，在过滤面积为0.005m2的过滤器(过滤介质：孔径为30～50μm滤纸)中进行一级粗过滤，过滤时间为1h，完成粗过滤；然后再经过过滤面积同样为0.005m2的过滤器(过滤介质：孔径为1～3μm滤纸)进行二级精密过滤，过滤时间为0.25h；一级粗过滤和二级精密过滤的过滤压差均为0.098MPa，得到的滤饼总量占粗品总质量的0.92％。
过滤得到的滤液在真空度为0.097MPa、150℃的条件下进行精馏，收集塔顶温度为115～117℃的馏份，即得2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯纯度为98.7％的产品。
实施例2
用碳酸钠催化异丁醛制备的2,2,4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯粗品，粗品中固体粒子(即碳酸钠)的粒径分布情况为：粒径1～40μm的微粒占比0.6％，粒径40～100μm的微粒占比84.6％，粒径100～250μm的微粒占比14.8％。
在常温下，取500g2,2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯粗品，加入0.5g粒径为50～100μm的沉降碳酸钙，搅拌均匀，在过滤面积为0.005m2的过滤器(过滤介质：孔径为30～50μm滤纸)进行一级粗过滤，过滤时间为1.3h，然后再经过过滤面积同样为0.005m2的过滤器(过滤介质：孔径为1～3μm滤纸)进行二级精密过滤，过滤时间为0.25h：一级粗过滤和二级精密过滤的过滤压差均为0.098MPa，得到的滤饼总量占粗品总质量的0.97％。
过滤得到的滤液在真空度为0.097MPa、150℃的条件下进行精馏，收集塔顶温度为115～117℃的馏份，即得2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯纯度为98.7％的产品。
实施例3
将2台过滤面积均为1m2的过滤器串联在一起，两台过滤器的过滤管均采用304不锈钢粉末金属烧结滤管；第一台过滤器的过滤孔径为25～40μm(用于一级粗过滤)，第二台过滤器的过滤孔径为1～3μm(用于二级精密过滤)。
将2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯粗品(同实施例1，添加粒径为60～80μm的硅藻土作为助滤剂，硅藻土的添加量为粗品质量的0.1％)以2000kg/h的速率依次通过两台过滤器，第一台过滤器的压差为0.15MPa，第二台过滤器的压差为0.18MPa，过滤1小时后，第一台过滤器的过滤压差升高到0.52MPa，第二台过滤器的压差升高到0.20MPa，此时，停止过滤，对第一台过滤器进行反冲除滤饼。第一台过滤器反冲去除滤饼后，重新以2000kg/h的速率进料，第一台过滤器的压差变为0.22MPa，第二台过滤器的压力仍为0.20MPa。如此过滤与反冲，得到无色透明的滤液。
滤液在真空度为0.095MPa、160℃的条件下进行精馏，收集塔顶温度为115～117℃的馏份，即得2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯纯度为98.6％的产品。
实施例4
将2台过滤面积均为2m2的过滤器串联在一起，两台过滤器的过滤管均采用304不锈钢粉末金属烧结滤管；第一台过滤器的过滤孔径为25～40μm(用于一级粗过滤)，第二台过滤器的过滤孔径为1～3μm(用于二级精密过滤)。
将2,2,4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯粗品(同实施例1，添加粒径为60～80μm的硅藻土作为助滤剂，硅藻土的添加量为粗品质量的0.1％)以2000kg/h的速率依次通过两台过滤器，第一台过滤器的压差为0.12MPa，第二台过滤器的压差为0.15MPa，过滤1小时后，第一台过滤器的过滤压差升高到0.37MPa，第二台过滤器的压差升高到0.18MPa；继续过滤0.5小时，第一台过滤器的过滤压差升高到0.51MPa，第二台过滤器的压差升高到0.24MPa，此时，停止过滤，对第一台过滤器进行反冲除滤饼。第一台过滤器反冲去除滤饼后，重新以2000kg/h的速率进料，第一台过滤器的压差变为0.14MPa，第二台过滤器的压力仍为0.24MPa。如此过滤与反冲，得到无色透明的滤液。
滤液在真空度为0.097MPa、155℃的条件下进行精馏，收集塔顶温度为115～117℃的馏份，即得2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯纯度为98.8％的产品。
对比例1
用碳酸钠催化异丁醛制备的2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯粗品，粗品中固体粒子(即碳酸钠)的粒径分布情况为：粒径1～40μm的微粒占比0.6％，粒径40～100μm的微粒占比84.6％，粒径100～250μm的微粒占比14.8％。
在常温下，取500g2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯粗品，在过滤面积为0.005m2的过滤器(过滤介质：孔径为30～50μm滤纸)中进行一级粗过滤，过滤时间为2h后完成粗过滤，然后再经过过滤面积同样为0.005m2的过滤器(过滤介质：孔径为1～3μm滤纸)进行二级精密过滤，过滤时间为0.25h；一级粗过滤和二级精密过滤的过滤压差均为0.098MPa，得到的滤饼总量占粗品总质量的0.87％。
过滤后得到的滤液在真空度为0.097MPa、150℃的条件下进行精馏，收集塔顶温度为115～117℃的馏份，得到2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯纯度为98.6％的产品。
从过滤结果来看，与实施例1相比，由于没有添加助滤剂，过滤时间增加了一倍，即过滤效率下降了一倍，说明添加助滤剂可以显著提高过滤效率。
