專利名稱：一種乙酸正丁酯合成的工藝方法
技術領域：
本發明涉及一種乙酸正丁酯合成工藝方法，具體是指利用反應精餾塔和差壓熱耦合技術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物分離，與常規反應精餾裝置相比可節能50 %以上。
背景技術：
乙酸正丁酯是一種重要的化工原料，常作為有機溶劑、脫水劑、萃取劑，廣泛應用于化工、醫藥、制革、塑料及香料等行業中。目前，生 產乙酸正丁酯多為用濃硫酸作為催化劑的間歇式和連續式生產流程，這些工藝方法應用較為成熟，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，可發生氧化、脫水等副反應，導致選擇性差；濃硫酸可腐蝕設備，致使設備費用高；得到的產品需要經過中和與水處理除去其中的硫酸催化劑，導致工藝復雜、產品損失和環境污染。另外，若采用間歇式生產流程，會導致生產能力低，無法進行大批量生產。近年來，取代液體硫酸催化劑的研究廣泛進行，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，固體酸催化劑的應用有效的提高了酯化反應的選擇性，具有操作簡單、產品易分離提純、環境污染小等優點。中國專利CN101328118A提供了一種NaH2PO4和MnCl2混合的復合催化劑替代以往的液體硫酸催化劑，應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、可重復使用等優點，另外該方法制得的乙酸正丁酯用于香精對人體無害。為了克服傳統間歇法生產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越來越多。中國專利CNl 107136A采用了反應精餾塔的工藝方法合成乙酸正丁酯，以固體酸為催化劑，使反應過程和精餾過程在同一個塔內進行，提高了反應速率和乙酸的轉化率，塔底可以得到較純的乙酸正丁酯，塔頂冷凝液進入分相器分為酯相和水相，酯相返回塔中，水相作為產品流出。中國專利CN101676256A將固體酸催化劑制成填料，并在反應精餾塔內布有列管式換熱器，用以冷凝部分上升的氣體作為回流液，使回流在精餾塔內部實現，一方面省去了復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，生產成本及設備投資都有所下降。中國專利CN101367723A采用了一種在反應精餾隔壁塔中進行酯交換生產乙酸正丁酯的工藝方法，將酯交換反應、產品分離與提純集成到同一個塔內，在得到高純度產品的同時，該工藝還簡化了工藝流程，節省了設備投資與操作費用。雖然固體酸催化劑的使用和反應精餾塔工藝方法的應用有效的提高了酯化反應的選擇性、乙酸的轉化率以及產品的分離純度，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
發明內容
本發明的目的是提供一種利用差壓熱耦合反應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品并分離的同時，將反應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，實現能量耦合，從而降低耗能。本發明所采用的裝置有差壓熱耦合反應精餾塔常壓塔、減壓塔、壓縮機、換熱器、泵、分相器及其他輔助設備。常壓塔內部分為精餾區和反應區，減壓塔內部為提餾區，其中常壓塔精餾區理論板數為3 10，反應區理論板數為15 25，減壓塔理論板數為8 18。在減壓塔的塔頂氣相導出管與常壓塔塔底氣相進料管之間安裝壓縮機，在常壓塔塔頂的產品導出管后串聯安裝兩個換熱器，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區內。本發明工藝方法的實現步驟為原料正丁醇和乙 酸由常壓塔反應區的上部或中部進入塔內，在固體酸催化劑的作用下反應生成乙酸正丁酯，乙酸正丁酯與水及正丁醇形成二元和三元共沸物，經過精餾區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入分相器內分為水相和酯相，酯相作為回流經泵打入常壓塔塔頂，水相排出裝置。常壓塔反應區底部液相由常壓塔底部流出進入減壓塔頂部，經減壓塔提餾區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生再沸蒸汽回到減壓塔塔底，另一部分作為產品排出裝置。本發明操作過程中，進料均為液相進料，進料溫度為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，反應區溫度為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量分數可達99%以上。本發明采用反應精餾技術，得到高純度的乙酸正丁酯產品，并將其與差壓熱耦合技術有機的結合起來，將常壓塔塔頂蒸汽作為減壓塔塔底熱源，實現了能量的耦合，與常規反應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精餾塔示意圖其中，I-常壓塔，2-減壓塔，3-壓縮機，4-換熱器，5-換熱器，6_分相器，7_泵，-精餾區，II-反應區，III-提餾區，8、9、10···22-管線。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述實施例I :如圖I所示，差壓熱耦合反應精餾常壓塔(I)精餾區(I)理論板數為5，反應區(II)理論板數為20，減壓塔(2)理論板數為10，進料正丁醇從常壓塔(I)第6塊理論板(由上往下數)進料，乙酸從第10塊理論板進料，進料摩爾比為1:1。各進出物流的流量以及質量分數如表I所示，常壓塔塔頂溫度為90. 6°C，反應區溫度為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。乙酸轉化率為98. 39%，對于能耗的計算，達到同樣乙酸轉化率及產品分離要求，常規反應精餾流程的再沸器熱負荷為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，所以只有壓縮機的能耗為797. 105kW，和常規反應精餾流程相比本流程可節能58. 606%。表I實施例I各進出物流質量流量及各組分質量分數
權利要求
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精餾塔進行乙酸正丁酯的合成，包括常壓塔(I)、減壓塔(2)、壓縮機(3)、換熱器(4和5)、分相器￠)、泵(7)及其他輔助設備。差壓熱耦合反應精餾塔的常壓塔(I)內部分為精餾區(I)和反應區(II)，其中精餾區(I)理論板數為3 10，反應區(II)理論板數為15 25，減壓塔(2)內部為提餾區(III)，理論板數為8 18，減壓塔(2)塔頂氣相經壓縮機(3)加壓后進入常壓塔(I)塔底，用常壓塔(I)塔頂蒸汽的潛熱加熱減壓塔(2)塔底物流產生再沸蒸汽。所述壓縮機(3)安裝于減壓塔(2)的塔頂氣相導出管(17)與常壓塔(I)塔底氣相進料管(18)之間，所述換熱器(4)安裝于常壓塔(I)塔頂的產品導出管(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利要求I中所述的差壓熱耦合反應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)反應區(II)的上部或中部進入常壓塔(I)，在反應區(II)內正丁醇和乙酸在催化劑的作用下發生酯化反應生成乙酸正丁酯。生成的乙酸正丁酯與水及正丁醇形成二元和三元共沸物，經過精餾區(I)的精餾作用除去其中的乙酸后在常壓塔(I)塔頂得到乙酸正丁酯、水及正丁醇共沸物流。常壓塔(I)塔頂得到的共沸物流經換熱器(4)與減壓塔(2)塔底物流換熱，進入換熱器(5)冷凝冷卻后，進入分相器￠)內分為水相及酯相，水相排除裝置，酯相作為回流經過泵(7)打入常壓塔塔頂。常壓塔(I)的反應區(II)底部液相由常壓塔(I)底部流出進入減壓塔(2)頂部，經減壓塔(2)提餾區(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)塔底物流一部分經換熱器(4)與常壓塔(I)塔頂物流換熱后產生再沸蒸汽回到減壓塔(2)塔底，另一部分作為產品排出裝置。
3.如權利要求I所述的工藝方法，其特征是催化劑裝填在常壓塔(I)的反應區(II)，所述催化劑為固體酸催化劑。
4.如權利要求2所述的工藝方法，進料正丁醇與乙酸的摩爾比為I: I。
5.如權利要求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，反應區溫度為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精餾塔進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精餾塔常壓塔、減壓塔、壓縮機、換熱器、泵及分相器。原料正丁醇與乙酸在差壓熱耦合反應精餾塔的常壓塔反應段內發生酯化反應生成乙酸正丁酯，減壓塔和常壓塔之間設置壓縮機，減壓塔塔頂采出的蒸汽經壓縮機加壓后進入常壓塔塔底，用常壓塔塔頂蒸汽的潛熱來加熱減壓塔塔底的再沸器，進行兩塔間的熱耦合，從而實現精餾過程的大幅度節能，充分發揮差壓熱耦合精餾塔與反應精餾塔的優勢，可同時實現酯化反應及目的產物的提純。利用本工藝方法可以得到97％以上的乙酸轉化率和質量分數為99％以上的高純度產品。
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 優先權日2012年2月25日
發明者劉雪暖, 孫蘭義, 李軍, 李青松, 王俊, 馬占華 申請人:中國石油大學(華東)