專利名稱：一種乙酸正丁酯合成的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種乙酸正丁酯合成工藝方法，具體是指利用反應(yīng)精餾塔和差壓熱耦合技術(shù)合成乙酸正丁酯的新型工藝方法，可完成乙酸正丁酯的合成及產(chǎn)物分離，與常規(guī)反應(yīng)精餾裝置相比可節(jié)能50 %以上。
背景技術(shù)：
乙酸正丁酯是一種重要的化工原料，常作為有機(jī)溶劑、脫水劑、萃取劑，廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、制革、塑料及香料等行業(yè)中。目前，生 產(chǎn)乙酸正丁酯多為用濃硫酸作為催化劑的間歇式和連續(xù)式生產(chǎn)流程，這些工藝方法應(yīng)用較為成熟，操作簡單，但同時也存在較多缺陷。首先選用液體濃硫酸作為催化劑，可發(fā)生氧化、脫水等副反應(yīng)，導(dǎo)致選擇性差；濃硫酸可腐蝕設(shè)備，致使設(shè)備費用高；得到的產(chǎn)品需要經(jīng)過中和與水處理除去其中的硫酸催化劑，導(dǎo)致工藝復(fù)雜、產(chǎn)品損失和環(huán)境污染。另外，若采用間歇式生產(chǎn)流程，會導(dǎo)致生產(chǎn)能力低，無法進(jìn)行大批量生產(chǎn)。近年來，取代液體硫酸催化劑的研究廣泛進(jìn)行，中國專利CNl 192943A、CN101020631A和CN1156717A分別提供了不同的固體酸作為乙酸、正丁醇合成乙酸正丁酯的催化劑，固體酸催化劑的應(yīng)用有效的提高了酯化反應(yīng)的選擇性，具有操作簡單、產(chǎn)品易分離提純、環(huán)境污染小等優(yōu)點。中國專利CN101328118A提供了一種NaH2PO4和MnCl2混合的復(fù)合催化劑替代以往的液體硫酸催化劑，應(yīng)用這種催化劑合成乙酸正丁酯也具有酯化率高、無污染、后期處理簡單、可重復(fù)使用等優(yōu)點，另外該方法制得的乙酸正丁酯用于香精對人體無害。為了克服傳統(tǒng)間歇法生產(chǎn)乙酸正丁酯工藝的缺點，近年來乙酸正丁酯合成新工藝的研究開發(fā)越來越多。中國專利CNl 107136A采用了反應(yīng)精餾塔的工藝方法合成乙酸正丁酯，以固體酸為催化劑，使反應(yīng)過程和精餾過程在同一個塔內(nèi)進(jìn)行，提高了反應(yīng)速率和乙酸的轉(zhuǎn)化率，塔底可以得到較純的乙酸正丁酯，塔頂冷凝液進(jìn)入分相器分為酯相和水相，酯相返回塔中，水相作為產(chǎn)品流出。中國專利CN101676256A將固體酸催化劑制成填料，并在反應(yīng)精餾塔內(nèi)布有列管式換熱器，用以冷凝部分上升的氣體作為回流液，使回流在精餾塔內(nèi)部實現(xiàn)，一方面省去了復(fù)雜的塔頂回流控制裝置，另一方面省去了原工藝的中和工序，操作較為方便，生產(chǎn)成本及設(shè)備投資都有所下降。中國專利CN101367723A采用了一種在反應(yīng)精餾隔壁塔中進(jìn)行酯交換生產(chǎn)乙酸正丁酯的工藝方法，將酯交換反應(yīng)、產(chǎn)品分離與提純集成到同一個塔內(nèi)，在得到高純度產(chǎn)品的同時，該工藝還簡化了工藝流程，節(jié)省了設(shè)備投資與操作費用。雖然固體酸催化劑的使用和反應(yīng)精餾塔工藝方法的應(yīng)用有效的提高了酯化反應(yīng)的選擇性、乙酸的轉(zhuǎn)化率以及產(chǎn)品的分離純度，但精餾塔的高能耗問題依然存在，因此需要降低工藝能耗，提高精餾過程的能量利用率
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用差壓熱耦合反應(yīng)精餾塔合成乙酸正丁酯的工藝方法及其裝置。在原料乙酸和正丁醇合成乙酸正丁酯產(chǎn)品并分離的同時，將反應(yīng)精餾塔分為常壓和減壓兩個壓力不同的塔，使常壓塔塔頂蒸汽與減壓塔塔底物流產(chǎn)生一定的傳熱溫差，用常壓塔塔頂蒸汽作為減壓塔塔底的熱源，實現(xiàn)能量耦合，從而降低耗能。本發(fā)明所采用的裝置有差壓熱耦合反應(yīng)精餾塔常壓塔、減壓塔、壓縮機(jī)、換熱器、泵、分相器及其他輔助設(shè)備。常壓塔內(nèi)部分為精餾區(qū)和反應(yīng)區(qū)，減壓塔內(nèi)部為提餾區(qū)，其中常壓塔精餾區(qū)理論板數(shù)為3 10，反應(yīng)區(qū)理論板數(shù)為15 25，減壓塔理論板數(shù)為8 18。在減壓塔的塔頂氣相導(dǎo)出管與常壓塔塔底氣相進(jìn)料管之間安裝壓縮機(jī)，在常壓塔塔頂?shù)漠a(chǎn)品導(dǎo)出管后串聯(lián)安裝兩個換熱器，在分相器酯相出口管與塔頂回流管之間安裝泵。固體酸催化劑裝填在整個反應(yīng)區(qū)內(nèi)。本發(fā)明工藝方法的實現(xiàn)步驟為原料正丁醇和乙 酸由常壓塔反應(yīng)區(qū)的上部或中部進(jìn)入塔內(nèi)，在固體酸催化劑的作用下反應(yīng)生成乙酸正丁酯，乙酸正丁酯與水及正丁醇形成二元和三元共沸物，經(jīng)過精餾區(qū)的精餾作用除去其中的乙酸得到乙酸正丁酯、水及正丁醇共沸物流，共沸物流由常壓塔塔頂流出，與減壓塔塔底物流換熱后進(jìn)入分相器內(nèi)分為水相和酯相，酯相作為回流經(jīng)泵打入常壓塔塔頂，水相排出裝置。常壓塔反應(yīng)區(qū)底部液相由常壓塔底部流出進(jìn)入減壓塔頂部，經(jīng)減壓塔提餾區(qū)的提餾作用除去少量的水得到高純度的乙酸正丁酯，減壓塔塔底物流一部分與常壓塔塔頂物流換熱后產(chǎn)生再沸蒸汽回到減壓塔塔底，另一部分作為產(chǎn)品排出裝置。本發(fā)明操作過程中，進(jìn)料均為液相進(jìn)料，進(jìn)料溫度為20 80°C，正丁醇與乙酸的摩爾比為I : 1，常壓塔常壓操作，塔頂溫度為60 100°C，分相器溫度為40 60°C，反應(yīng)區(qū)溫度為80 130°C。減壓塔操作壓力為O. 01 O. 03MPa，塔底溫度為50 90°C。乙酸正丁酯合成催化劑采用固體酸催化劑，減壓塔塔底乙酸正丁酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)99%以上。本發(fā)明采用反應(yīng)精餾技術(shù)，得到高純度的乙酸正丁酯產(chǎn)品，并將其與差壓熱耦合技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來，將常壓塔塔頂蒸汽作為減壓塔塔底熱源，實現(xiàn)了能量的耦合，與常規(guī)反應(yīng)精餾工藝相比能耗可降低50%以上。
圖I乙酸正丁酯合成的差壓熱耦合反應(yīng)精餾塔示意圖其中，I-常壓塔，2-減壓塔，3-壓縮機(jī)，4-換熱器，5-換熱器，6_分相器，7_泵，-精餾區(qū)，II-反應(yīng)區(qū)，III-提餾區(qū)，8、9、10···22-管線。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述實施例I :如圖I所示，差壓熱耦合反應(yīng)精餾常壓塔(I)精餾區(qū)(I)理論板數(shù)為5，反應(yīng)區(qū)(II)理論板數(shù)為20，減壓塔(2)理論板數(shù)為10，進(jìn)料正丁醇從常壓塔(I)第6塊理論板(由上往下數(shù))進(jìn)料，乙酸從第10塊理論板進(jìn)料，進(jìn)料摩爾比為1:1。各進(jìn)出物流的流量以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表I所示，常壓塔塔頂溫度為90. 6°C，反應(yīng)區(qū)溫度為91. 6 116. 6°C,分相器溫度為50°C，減壓塔塔底溫度為78. (TC，減壓塔操作壓力為O. 02MPa。乙酸轉(zhuǎn)化率為98. 39%，對于能耗的計算，達(dá)到同樣乙酸轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)品分離要求，常規(guī)反應(yīng)精餾流程的再沸器熱負(fù)荷為1925. 663kW，本工藝流程中減壓塔再沸器由常壓塔塔頂蒸汽提供熱源，所以只有壓縮機(jī)的能耗為797. 105kW，和常規(guī)反應(yīng)精餾流程相比本流程可節(jié)能58. 606%。表I實施例I各進(jìn)出物流質(zhì)量流量及各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)
權(quán)利要求
1.一種乙酸正丁酯合成工藝方法，其特征在于，利用差壓熱耦合反應(yīng)精餾塔進(jìn)行乙酸正丁酯的合成，包括常壓塔(I)、減壓塔(2)、壓縮機(jī)(3)、換熱器(4和5)、分相器￠)、泵(7)及其他輔助設(shè)備。差壓熱耦合反應(yīng)精餾塔的常壓塔(I)內(nèi)部分為精餾區(qū)(I)和反應(yīng)區(qū)(II)，其中精餾區(qū)(I)理論板數(shù)為3 10，反應(yīng)區(qū)(II)理論板數(shù)為15 25，減壓塔(2)內(nèi)部為提餾區(qū)(III)，理論板數(shù)為8 18，減壓塔(2)塔頂氣相經(jīng)壓縮機(jī)(3)加壓后進(jìn)入常壓塔(I)塔底，用常壓塔(I)塔頂蒸汽的潛熱加熱減壓塔(2)塔底物流產(chǎn)生再沸蒸汽。所述壓縮機(jī)(3)安裝于減壓塔(2)的塔頂氣相導(dǎo)出管(17)與常壓塔(I)塔底氣相進(jìn)料管(18)之間，所述換熱器(4)安裝于常壓塔(I)塔頂?shù)漠a(chǎn)品導(dǎo)出管(10)之后，起冷凝冷卻作用，所述換熱器(5)安裝于換熱器⑷之后的管線(11)與管線(12)之間，所述泵(7)安裝于分相器(6)酯相出口管(13)與塔頂回流管(14)之間。
2.—種乙酸正丁酯合成工藝方法，其特征是乙酸正丁酯在如權(quán)利要求I中所述的差壓熱耦合反應(yīng)精餾塔中合成并得到分離提純，該過程描述如下 原料正丁醇和乙酸由常壓塔(I)反應(yīng)區(qū)(II)的上部或中部進(jìn)入常壓塔(I)，在反應(yīng)區(qū)(II)內(nèi)正丁醇和乙酸在催化劑的作用下發(fā)生酯化反應(yīng)生成乙酸正丁酯。生成的乙酸正丁酯與水及正丁醇形成二元和三元共沸物，經(jīng)過精餾區(qū)(I)的精餾作用除去其中的乙酸后在常壓塔(I)塔頂?shù)玫揭宜嵴□?、水及正丁醇共沸物流。常壓?I)塔頂?shù)玫降墓卜形锪鹘?jīng)換熱器(4)與減壓塔(2)塔底物流換熱，進(jìn)入換熱器(5)冷凝冷卻后，進(jìn)入分相器￠)內(nèi)分為水相及酯相，水相排除裝置，酯相作為回流經(jīng)過泵(7)打入常壓塔塔頂。常壓塔(I)的反應(yīng)區(qū)(II)底部液相由常壓塔(I)底部流出進(jìn)入減壓塔(2)頂部，經(jīng)減壓塔(2)提餾區(qū)(III)的提餾作用除去少量的水得到純度較高的乙酸正丁酯。減壓塔(2)塔底物流一部分經(jīng)換熱器(4)與常壓塔(I)塔頂物流換熱后產(chǎn)生再沸蒸汽回到減壓塔(2)塔底，另一部分作為產(chǎn)品排出裝置。
3.如權(quán)利要求I所述的工藝方法，其特征是催化劑裝填在常壓塔(I)的反應(yīng)區(qū)(II)，所述催化劑為固體酸催化劑。
4.如權(quán)利要求2所述的工藝方法，進(jìn)料正丁醇與乙酸的摩爾比為I: I。
5.如權(quán)利要求2所述的工藝方法，其特征是常壓塔塔頂溫度為60 100°C，分相器溫度為40 60°C，反應(yīng)區(qū)溫度為80 130°C，常壓塔的操作壓力為常壓。減壓塔塔底溫度為50 90°C，減壓塔的操作壓力為0. 01 0. 03MPa。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種合成乙酸正丁酯的工藝方法，具體是利用差壓熱耦合反應(yīng)精餾塔進(jìn)行乙酸正丁酯合成的新型工藝。該工藝裝置包括差壓熱耦合反應(yīng)精餾塔常壓塔、減壓塔、壓縮機(jī)、換熱器、泵及分相器。原料正丁醇與乙酸在差壓熱耦合反應(yīng)精餾塔的常壓塔反應(yīng)段內(nèi)發(fā)生酯化反應(yīng)生成乙酸正丁酯，減壓塔和常壓塔之間設(shè)置壓縮機(jī)，減壓塔塔頂采出的蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)加壓后進(jìn)入常壓塔塔底，用常壓塔塔頂蒸汽的潛熱來加熱減壓塔塔底的再沸器，進(jìn)行兩塔間的熱耦合，從而實現(xiàn)精餾過程的大幅度節(jié)能，充分發(fā)揮差壓熱耦合精餾塔與反應(yīng)精餾塔的優(yōu)勢，可同時實現(xiàn)酯化反應(yīng)及目的產(chǎn)物的提純。利用本工藝方法可以得到97％以上的乙酸轉(zhuǎn)化率和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99％以上的高純度產(chǎn)品。
文檔編號C07C67/54GK102675093SQ20121005161
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月25日
發(fā)明者劉雪暖, 孫蘭義, 李軍, 李青松, 王俊, 馬占華 申請人:中國石油大學(xué)(華東)