CN103242158A - 一种合成乙酸乙酯的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种合成乙酸乙酯的新型工艺方法。具体是利用差压热耦合，与反应精馏隔壁塔技术相结合，在利用隔壁塔技术简化原有流程，节省设备投资的基础上，通过差压热耦合技术，利用隔壁塔塔顶与塔底的差压操作，将使塔顶蒸汽与塔底馏出液相完成换热，实现大幅的能量耦合，节省能耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种合成乙酸乙酯的工艺方法。
背景技术
乙酸乙酯(Ethyl Acetate，EA)，又称醋酸乙酯，是醋酸下游衍生产品的一个分支。其归属于化学溶剂的范畴，是一种重要的绿色有机溶剂，具有优异的溶解性、快干性；是较为基础的工业原料，工业中主要用于生产涂料、黏合剂、乙基纤维素、人造革、油毡着色剂以及人造纤维等的溶剂，也可作为黏合剂用于印刷油墨、人造珍珠等的生产，作为提取剂用于医药、有机酸的产品的生产等，此外还可用作生产菠萝、香蕉、草莓等水果香精和威士忌、奶油等香料的原料，用途十分广泛，发展前景看好。随着中国市场经济的不断深化，综合国力的不断加强，人民的生活水平不断提高，人们的消费已从吃、穿、用的消费向住房、汽车、健康等转移。这样必将带动对涂料、粘合剂、医药等行业需求的增加，而导致原料之一的醋酸乙酯产品的需求必然增加。由于其特殊的性能，乙酸乙酯在世界化工市场相当活跃，而对其制备工艺与装置方面的研究也引起人们的广泛关注。
目前世界上生产乙酸乙酯的方法大致有以下几种：乙醇醋酸直接酯化法、乙醛缩合法、乙醇脱氢法、乙烯和乙酸直接加成法、催化精馏法。合成乙酸乙酯的传统工艺是以98％的浓硫酸作为催化剂的连续酯化法生产路线，乙酸和乙醇在反应釜中进行酯化反应，生成乙酸乙酯和水；反应得到的粗酯经精馏塔精制得最终产品。由于无机强酸催化剂通常会带来设备腐蚀、副反应多、后处理工序繁琐和环境污染等问题，现在已逐渐被固体酸催化剂(酸性阳离子交换树脂、分子筛和固体超强酸)的液固相反应和气固相反应所替代。
反应精馏水解工艺将反应过程和精馏过程有机地耦合在一起，使反应物在进行反应的同时与产物分离，强化水解反应，降低了设备投资及操作难度。例如，专利CN1433395A提出了一种生产乙酸乙酯的新型装置，该装置是在固体酸性催化剂的存在下，乙醇与乙酸或乙酸酐发生酯化反应生成乙酸乙酯，在塔顶形成共沸物并分离成水相和酯相，一部分酯相作回流，另一部分做产品抽出。专利US8314266B2公开的反应精馏过程则需要在一个与反应器中通过酯化反应合成乙酸乙酯，并在后续的反应蒸馏塔中继续反应，实现产品的提纯与分离。专利US0035390A1提出了一种乙醇脱氢的反应蒸馏装置，在塔顶不断分离氢气，塔釜装填适量的加氢催化剂减少丁酮和丁醛的含量，并得到纯度较高的乙酸乙酯产品。
隔壁式反应精馏塔技术是将隔壁塔技术与反应精馏过程相耦合的一种集成强化手段，使得反应物的反应与产物的提纯在同一个塔内实现，在保障原有的高转化率的基础上，大幅节省了设备投资。例如，CN101357887将隔壁反应精馏塔技术应用在乙酸甲酯的水解工艺上，取得了良好的节能效果。
发明内容
乙醇醋酸直接酯化法存在反应温度高，乙酸利用率低，易发生副反应，产品处理困难、催化剂对设备腐蚀性强，废液污染环境以及生产成本高等缺点，正在被逐渐改进或被其他先进工艺所替代。尽管有固体酸催化剂或离子交换树脂等作为催化剂不断投入生产中，但普通的反应精馏法生产乙酸乙酯仍在设备投资和操作条件上存在一定的难度。本发明旨在引入一种新型的热耦合工艺——差压热耦合，与反应精馏隔壁塔技术相结合，在利用隔壁塔技术简化原有流程，节省设备投资的基础上，通过差压热耦合技术，利用隔壁塔塔顶与塔底的差压操作，将使塔顶蒸汽与塔底馏出液相完成换热，实现大幅的能量耦合，节省能耗。
本发明的工艺方法包括以下步骤：
步骤一：乙醇和醋酸从反应区(II)的底部进入隔壁塔(C2)，
所述隔壁塔(C2)包括精馏区(I)、反应区(II)和侧线精馏区(III)，
在反应区(II)内与阳离子交换树脂反应生成乙酸乙酯，生成的乙酸乙酯经过精馏区(I)洗去部分水和没有反应完全的乙醇，并在侧线精馏区(III)底部得到高纯度的乙酸乙酯产品；
步骤二：隔壁塔(C2)塔顶操作压力为100～110kPa，操作温度为60～75℃，催化剂床层温度为95～110℃，釜温是115～120℃，步骤一中另一部分水、没有反应完全的乙醇以及部分乙酸乙酯在隔壁塔(C2)的塔顶形成蒸汽经过压缩机(3)加压进入精馏塔(C1)，为其提供上升蒸汽流，实现再沸器的作用；
步骤三：所述精馏塔(C1)操作压力为500～650kPa，塔顶操作温度为120～130℃，在精馏塔(C1)中，生成的乙酸乙酯与水和乙醇形成了二元、三元共沸物，经过精馏作用不断脱去其中的所生成的乙酸乙酯，在塔顶得到接近于乙酸乙酯、水和乙醇的非均相共沸混合物流；
步骤四：步骤三中在精馏塔(C1)塔顶得到的非均相混合物流，经隔壁塔(C2)的第一换热器(4)和第二换热器(5)与隔壁塔(C2)塔底物流换热，再经辅助冷凝器(2)进一步冷却后，在分相器(1)中分为水相及酯相，水相排出系统，酯相作为回流打入精馏塔(C1)，精馏塔(C1)的塔底出料为隔壁塔(C2)提供液相回流，实现冷凝器的功用。
2.如权利要求1所述的一种合成乙酸乙酯的工艺方法，其特征在于所述反应区(I)进料温度为20～80℃，乙酸和乙醇的进料摩尔比为1∶1～1.1∶1。
3.如权利要求1所述的一种合成乙酸乙酯的工艺方法，其特征在于所述隔壁塔(C2)与侧线精馏区(III)的横截面积比为2.0～5.0。
4.如权利要求1所述的一种合成乙酸乙酯的工艺方法，其特征在于所述催化剂装填在反应区(II)，所述催化剂是阳离子交换树脂催化剂。
本发明中醋酸的转化率在99.8％以上，所得乙酸乙酯产品纯度在99.0％以上，与常规反应精馏装置相比可节能20～40％。
附图说明：
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做了进一步的描述。
本装置包括精馏塔(C1)、隔壁塔(C2)、分相器(1)、辅助冷凝器(2)、压缩机(3)、第一换热器(4)、第二换热器(5)。其中精馏塔(C1)和隔壁塔(C2)是由一个完整的隔壁塔分割而成的，不设冷凝器和再沸器。隔壁塔(C2)塔釜以上部分可分成三个区域，其中包括：精馏区(I)，装有催化剂的反应区(II)和侧线精馏区(III)。
分相器(1)、辅助冷凝器(2)、压缩机(3)、换热器(5)安装于两塔之间，用于辅助实现冷热物流的匹配换热。
本发明的工艺方法包括以下步骤：
步骤一：乙醇和醋酸从反应区(II)的底部进入隔壁塔(C2)，所述隔壁塔(C2)包括精馏区(I)、反应区(II)和侧线精馏区(III)，在反应区(II)内与阳离子交换树脂反应生成乙酸乙酯，生成的乙酸乙酯经过精馏区(I)洗去部分水和没有反应完全的乙醇，并在侧线精馏区(III)底部得到高纯度的乙酸乙酯产品；
步骤二：隔壁塔(C2)塔顶操作压力为100～110kPa，操作温度为60～75℃，催化剂床层温度为95～110℃，釜温是115～120℃，步骤一中另一部分水、没有反应完全的乙醇以及部分乙酸乙酯在隔壁塔(C2)的塔顶形成蒸汽经过压缩机(3)加压进入精馏塔(C1)，为其提供上升蒸汽流，实现再沸器的作用；
步骤三：所述精馏塔(C1)操作压力为500～650kPa，塔顶操作温度为120～130℃，在精馏塔(C1)中，生成的乙酸乙酯与水和乙醇形成了二元、三元共沸物，经过精馏作用不断脱去其中的所生成的乙酸乙酯，在塔顶得到接近于乙酸乙酯、水和乙醇的非均相共沸混合物流；脱去的大部分乙酸乙酯进入隔壁塔(C2)，在侧线精馏区(III)底部得到高纯度的乙酸乙酯产品；塔顶有一部分乙酸乙酯在分相器中被分离作为回流返回精馏塔(C1)内部。
步骤四：步骤三中在精馏塔(C1)塔顶得到的非均相混合物流，经隔壁塔(C2)的第一换热器(4)和第二换热器(5)与隔壁塔(C2)塔底物流换热，再经辅助冷凝器(2)进一步冷却后，在分相器(1)中分为水相及酯相，水相排出系统，酯相作为回流打入精馏塔(C1)，精馏塔(C1)的塔底出料作为隔壁塔(C2)的液相回流，为隔壁塔(C2)提供冷凝器的功用。
所述反应区(I)进料温度为20～80℃，乙酸和乙醇的进料摩尔比为1∶1～1.1∶1。
所述隔壁塔(C2)与侧线精馏区(III)的横截面积比为2.0～5.0。
所述催化剂装填在反应区(II)，所述催化剂是阳离子交换树脂催化剂。
本发明中醋酸的转化率在99.8％以上，所得乙酸乙酯产品纯度在99.0％以上，与常规反应精馏装置相比可节能20～40％。
当然，以上所述仅是本发明的一种实施方式而已，应当指出本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰均属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种合成乙酸乙酯的工艺方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：乙醇和醋酸从反应区(II)的底部进入隔壁塔(C2)，所述隔壁塔(C2)包括精馏区(I)、反应区(II)和侧线精馏区(III)，
在反应区(II)内与催化剂反应生成乙酸乙酯，生成的乙酸乙酯经过精馏区(I)洗去部分水和没有反应完全的乙醇，并在侧线精馏区(III)底部得到高纯度的乙酸乙酯产品；
步骤二：隔壁塔(C2)塔顶操作压力为100～110kPa，操作温度为60～75℃，催化剂床层温度为95～110℃，·115～120℃，步骤一中另一部分水、没有反应完全的乙醇以及部分乙酸乙酯在隔壁塔(C2)的塔顶形成蒸汽经过压缩机(3)加压进入精馏塔(C1)，为其提供上升蒸汽流，实现再沸器的作用；
步骤三：，所述精馏塔(C1)操作压力为500～650kPa，塔顶操作温度为120～130℃，在精馏塔(C1)中，生成的乙酸乙酯与水和乙醇形成了二元、三元共沸物，经过精馏作用不断脱去其中的所生成的乙酸乙酯，在塔顶得到接近于乙酸乙酯、水和乙醇的非均相共沸混合物流；
步骤四：步骤三中在精馏塔(C1)塔顶得到的非均相混合物流，经隔壁塔(C2)的第一换热器(4)和第二换热器(5)与隔壁塔(C2)塔底物流换热，再经辅助冷凝器(2)进一步冷却后，在分相器(1)中分为水相及酯相，水相排出系统，酯相作为回流打入精馏塔(C1)，精馏塔(C1)的塔底出料为隔壁塔(C2)提供液相回流，为隔壁塔(C2)实现冷凝器的作用。
2.如权利要求1所述的一种合成乙酸乙酯的工艺方法，其特征在于所述反应区(I)进料温度为20～80℃，乙酸和乙醇的进料摩尔比为1∶1～1.1∶1。
3.如权利要求1所述的一种合成乙酸乙酯的工艺方法，其特征在于所述隔壁塔(C2)与侧线精馏区(III)的横截面积比为2.0～5.0。
4.如权利要求1所述的一种合成乙酸乙酯的工艺方法，其特征在于所述催化剂装填在反应区(II)，所述催化剂是阳离子交换树脂催化剂。
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