一种基于膜处理技术的功夫酸生产系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于农药化工领域，涉及一种基于膜处理技术的功夫酸生产系统。
【背景技术】
[0002]功夫酸是合成高效氯氟氰菊酯等拟除虫菊酯的重要中间体，广泛应用于功夫菊酯、联苯菊酯、氟菊酯等原药的合成。目前国内市场年需求在2000 t左右，全球市场需求超过4000 t，市场前景良好。印度、日韩、欧美及东南亚等市场高效氯氟氰菊酯销量增长显著，相应对中间体功夫酸的需求也在增加。因此，农药中间体功夫酸具有较大的市场需求及经济效益。
[0003]虽然文献发表的功夫酸合成工艺有3种方法，但目前国内外选用的都是以贲亭酸酯为起始原料的工业化路线。即贲亭酸酯(甲酯和乙酯)先跟三氟三氯乙烷进行加成反应，再经环合、皂化、酸化、重结晶五步，最终得到顺式异构体含量在98%以上的合格商品酸。经研究发现:I)在上述工艺路线中加成反应和环合反应之间需要进行催化剂和三氟三氯乙烷的回收，传统回收工艺是通过静置沉淀回收催化剂，静置时间长，严重降低产能，通过减压蒸馏回收三氟三氯乙烷，能耗较高，生产成本增加;2)皂化反应和酸化反应过程中碱和酸耗量大，反应之后产生浓盐水水量大，废水处理成本增加，间接增加了生产成本。因此，从环保和经济角度综合分析，都应该对传统工艺进行调整，提高生产效率，降低废水排量。
[0004]陶瓷膜是以氧化铝、氧化钛、氧化锆等经1600°C高温烧结而成的具有多孔结构的精密陶瓷过滤材料。它是由孔隙率30%?50%、孔径50 nm?15 μπι的陶瓷载体，采用溶胶-凝胶法或其它工艺制作而成的非对称复合膜。它的结构通常为“三明治”式:支撑层(又称载体层)、过渡层(又称中间层)、膜层(又称功能分离层)。其中支撑层的孔径一般为I?20 μπι，孔隙率为30%?65%，其作用是增加膜的机械强度；中间层的孔径比支撑层的孔径小，其作用是防止膜层制备过程中颗粒向多孔支撑层的渗透，厚度约为20?60 Mi，孔隙率为30%?40%;膜层具有分离功能，孔径从0.8 nm~l μπι不等，厚度约为3?10 μπι，孔隙率为40%?55%。整个膜的孔径分布由支撑层到膜层逐渐减小，形成不对称的结构分布。陶瓷膜根据孔径可分为微滤(孔径大于50 nm)、超滤(孔径2?50 nm)、纳滤(孔径小于2 nm)等种类。陶瓷膜过滤是一种“错流过滤”形式的流体分离过程:原料液在膜管内高速流动，在压力驱动下含小分子组分的澄清渗透液沿与膜面垂直方向(径向)向外透过膜，含大分子组分的混浊浓缩液被膜截留，从而使流体达到分离、浓缩、纯化的目的。
[0005]膜蒸馏是膜技术与蒸发过程相结合的新型膜分离技术，是以膜两侧不同温度溶液蒸汽压力差为推动力的分离过程。膜蒸馏作为一项新的膜分离技术，目前主要用于海水淡化、超纯水的制备及溶液的特种浓缩和分离。它所采用的疏水高性能管式膜材料运用多向拉伸工艺，其孔径小于0.2 Mi，是具有纤维高度强、超疏水、耐污染、抗氧化且孔隙率高、单位面积大且能适应各类强酸、强碱物料的浓缩、分离、回收的新型高科技材料。蒸馏膜组件采用独特的内交换式，管式膜浸没在拟被处理的60°C热液槽中，通过特殊结构组成内交换方式，无需真空、高压操作，冷热液间接接触形成的温差驱动力使气体透过管式膜的微孔冷却成冷凝液，而冷液被升温热能得到了完全回收，真正实现了节能型膜蒸馏的革命性突破。根据此原理可做多级串联，均能形成有效的温度差，对热量进行良好的利用回收，达到更大程度的节约能效。
[0006]电渗析技术是指在电场力作用下离子通过选择性离子交换膜的膜分离过程，其核心部分为阴阳离子交换膜，即利用阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过的特性对溶液中离子进行选择性分离的技术。在电场力作用下，溶液中的阴阳离子发生定向迀移，从一部分水体迀移到另一部分水体，从而达到溶液分离、提纯和浓缩的目的。双极膜的出现，使电渗析的用途得到扩展。双极膜是由阴离子交换膜和阳离子交换膜复合而成的，在两层中间通常称为中间催化层。其原理为:在双极膜两侧加上电压时，溶液中的离子会发生定向迀移，与此同时水分子会透过阴阳离子交换膜进入到中间催化层，在两侧活性基团作用下发生电解生成氢离子和氢氧根离子，以此来充当电荷负载，消耗的水又通过周围溶液中的水向膜中间层渗透而得到补充。与常规电渗析相比，在双极膜作用下水解离速率被提高5千万倍以上，因此能耗大大降低，电渗析的应用范围也大大延伸。双极膜电渗析也属于电渗析应用范围，是通过将双极膜与离子交换膜相结合，组成不同的隔室(酸室、碱室和料液室)，使其在酸碱制备领域有独特的优势。在一定的电压作用下，阴阳离子能分别通过阴阳离子交换膜，与双极膜产生的氢离子和氢氧根离子结合产生对应的酸和碱。
【发明内容】
[0007]针对以上存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于膜处理技术的功夫酸生产系统。
[0008]为此，本实用新型采用如下技术方案:
[0009]—种基于膜处理技术的功夫酸生产系统，所述生产系统包括:反应系统和反应后处理系统;所述反应系统包括加成反应釜、环合反应釜和皂化反应釜，所述加成反应釜、环合反应釜以及皂化反应釜依次布置，所述加成反应釜用于容纳贲亭酸酯在催化剂存在下与三氟三氯乙烷发生加成反应，所述环合反应釜用于容纳加成反应后的产物与醇钠发生环合反应，所述皂化反应釜用于容纳环合反应后的产物发生皂化反应;所述反应后处理系统包括加成反应后处理系统、环合反应后处理系统和皂化反应后处理系统，所述加成反应后处理系统布置在加成反应釜和环合反应釜之间，所述环合反应后处理系统布置在环合反应釜和皂化反应釜之间，所述皂化反应后处理系统布置在皂化反应釜之后，所述皂化反应后处理系统包括双极膜装置，所述双极膜装置用于将皂化反应后的盐处理成碱液和酸液，碱液回用至皂化反应釜中。贲亭酸酯、三氟三氯乙烷和催化剂在加成反应釜内发生加成反应生成3，3-二甲基-4，6，6-三氯-7，7，7-三氟庚酸酯。
[0010]进一步地，所述加成反应后处理系统包括陶瓷膜过滤装置和膜蒸馏装置，所述陶瓷膜过滤装置用于截留并回收加成反应产物中的催化剂残渣至加成反应釜中，其余物质随溶剂透过陶瓷膜过滤装置形成透析液，所述膜蒸馏装置用于回收加成反应产物中的三氟三氯乙烷至加成反应釜中。
[0011]进一步地，所述环合反应后处理系统包括第一减压蒸馏装置，所述第一减压蒸馏装置用于回收环合反应产物中的溶剂至环合反应釜中。
[0012]进一步地，所述皂化反应釜和双极膜装置之间设置第二减压蒸馏装置，所述第二减压蒸馏装置用于除去皂化反应产物中残留的甲醇溶剂。
[0013]进一步地，经反应后处理系统处理后得到功夫酸粗品，功夫酸粗品经过甲醇洗涤并干燥后得到功夫酸产品。
[0014]进一步地，所述加成反应釜中的催化剂为氯化亚铜。
[0015]进一步地，所述环合反应釜中的醇钠为叔丁醇钠。
[0016]本实用新型提供一种基于膜处理技术的功夫酸生产系统，所述生产系统具有如下优点:
[0017]I)本实用新型所提供的功夫酸生产系统通过陶瓷膜过滤装置