CN103739485B - 乙酸环己酯的制备方法及其所用反应精馏塔 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生产乙酸环己酯的方法及所用催化反应精馏塔。所述的生产乙酸环己酯的催化反应精馏塔的结构包括主塔、再沸器和冷凝器及一个冷却器，主塔内包含两个精馏段、一个提馏段和一个反应段及液相分配器、气相分配器。其操作方法：在常压下乙酸由反应段上部的进料口加入反应段内，苯部分加氢产物不需经过分离处理直接以气相或液相由反应段的下部进料口加入反应段内，在反应段内环己烯和乙酸在催化剂表面逆相接触完成酯化反应，反应产物为乙酸环己酯，沿主塔下行由塔底产出，由提馏段和第二精馏段之间侧线采出未反应的乙酸并返回乙酸进料口继续参与酯化反应，由主塔塔顶采出未反应的少量环己烯和未参加反应的部分加氢产物苯及环己烷。
Description
技术领域
本发明涉及乙酸环己酯制备技术，具体地说是涉及一种用于生产乙酸环己酯的制备方法及其所用反应精馏塔。
背景技术
CN102875371A公开了乙酸环己酯的制备方法，利用环已烯和乙酸在催化剂磺酸基阳离子交换树脂的作用下发生合成反应，反应结束后过滤，回收催化剂，滤液常压蒸馏，收集得到乙酸环己酯，收率可达89%。这种制备方法为存在环已烯转化率低，反应速度慢，且滤液需要经单独的蒸馏过程才能得到乙酸环己酯，此诸多缺陷导致该方法不能充分满足生产需求，急需改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种原料转化率高、能耗低、产物纯度高、且可省去分离工艺的制备乙酸环己酯的方法，以满足生产需求。
本发明的另一目的在于提供一种用于制备乙酸环己酯的反应精馏塔。
本发明的目的之一是这样实现的：
使用过量乙酸与环已烯在反应精馏塔内反应制取并分离得到乙酸环己酯；所述反应精馏塔的主塔自下至上包括：公共提馏段、第一精馏段、与所述第一精馏段连通的反应段，第二精馏段，公共提馏段和第一精馏段之间开设侧线出料口，反应段的上下两端开设进料口；在所述主塔的塔底连接有再沸器，塔顶连接有冷凝器，主塔内安装有液相分配器及气相分配器；乙酸以液体形式经由位于反应段上部的进料口进入液相分配器而加至反应段，环己烯以气体形式经由位于反应段的下部的进料口进入气体分布器而加至反应段，未反应的乙酸由位于公共提馏段和第一精馏段之间的侧线出料口采出并经侧线采出冷却器冷却后返回液相分配器，环己烯气体由塔顶采出经冷凝器冷却后收集，塔底采出乙酸环己酯。
本发明的方法中，环己烯自反应段下部加料口以气态加入反应精馏塔反应段，乙酸由反应段上部加料口进入反应段。乙酸与含有环己烯的混合物在催化反应段逆流接触反应生成乙酸环己酯，乙酸环己酯和未反应的乙酸在重力作用下进入反应段下部的第一精馏段，乙酸和乙酸环己酯在第一精馏段和公共提馏段进行分离，分离后的乙酸自第一精馏段和公共提馏段之间的侧线出料口采出返回反应段上部的乙酸加料口，进入反应段继续参与反应，乙酸环己酯由塔底采出。未反应的环己烯由塔顶采出经冷凝器冷凝，部分回流。
本发明利用反应精馏塔制备乙酸环己酯，并在精馏塔主体上设置两个精馏段，使得未反应的乙酸可以在最大浓度处侧线采出，继而返回反应段催化反应区继续参与反应，由此，给反应段乙酸过量提供了最大可能性，从而保证环己烯最大程度地转化。另外，本发明的方法不需要再设一个单独的精馏塔来分离乙酸和乙酸环己酯，不仅极大地减少了设备投资费用和能耗；而且，由于反应产物被及时的分离出反应系统，从而使反应有利于向酯化方向进行，进而可提高环己烯的转化率和反应速率。再者，针对乙酸和环己烯的反应放热，本方法可以设计从反应段取热来加热物料，从而降低能耗。另外反应热用于轻组分的汽化，降低了整个装置的能耗。
本发明的方法中，所述环己烯原料优选使用苯加氢所得包含环己烯与环己烷、苯的混合物，如此，则可省去将环已烯自苯加氢所得反应物中分离的过程，即利用反应过程来完成分离过程，从而简化工艺，降低原料环已烯的制造成本；此时，则塔顶采出物为环己烯(倘若存在少量的未反应的环己烯)、环己烷和苯的混合物。
本发明的目的之二是这样实现的：
乙酸环己酯制备方法中所用的催化反应精馏塔中，所述反应精馏塔的主塔自下至上包括：公共提馏段、第一精馏段、与所述第一精馏段连通的反应段，第二精馏段，公共提馏段和第一精馏段之间开设侧线出料口，反应段的上下两端开设进料口；在所述主塔的塔底连接有再沸器，塔顶连接有冷凝器，主塔内安装有液相分配器及气相分配器。
所述液相分配器选自管式分布器、盘式分布器、槽式分布器或槽盘式分布器中的一种。
所述公共提馏段和精馏段的塔内件为填料或塔板。
所述反应段内添加磺酸型离子交换树脂催化剂。
所述催化反应精馏塔的材质是碳钢、不锈钢、耐酸合金钢、内衬搪瓷、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯材料或树脂涂料层的碳钢中的一种。
附图说明
图1为本发明的制备方法所用的反应精馏塔的结构示意图。
实施方式
图1所示，一种生产乙酸环己酯的催化反应精馏塔包括主塔1、主塔塔底连接的再沸器9，主塔塔顶连接的冷凝器2、侧线采出冷却器10、主塔1内安装的液相分配器4及气相分配器6的塔内件，主塔1自下至上包括公共提馏段8、第一精馏段7、与所述第一精馏段连通的反应段5，第二精馏段3，公共提馏段和第一精馏段之间开设侧线出料口，反应段的上下两端开设进料口。
乙酸以液体形式经由位于反应段5上部的进料口进入液相分配器4而加至反应段5，环己烯以气体形式经由位于反应段5的下部的进料口进入气体分布器6而加至反应段5，未反应的乙酸由位于公共提馏段8和第一精馏段7之间的侧线出料口采出经冷却器10冷却后返回液相分配器4，环己烯气体由塔顶采出经冷凝器2冷却后收集，塔底采出乙酸环己酯。
以下实施例是在实验室条件下对本发明进行的试验测试，当然本发明也不局限于以下实例，本技术领域的普通技术人员在本专利实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本专利的保护范围。
实施例1
以下实施例是在实验室条件下对本发明进行的试验测试，填料为4mm金属θ环，上部精馏段填料层高度0.3m，下部精馏段填料层高度0.5m。当然本发明也不局限于以下实例，本技术领域的普通技术人员在本专利实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本专利的保护范围。
实施例1
以磺酸基离子交换树脂为催化剂，乙酸进料速率为1.3kg/h，进料温度83℃，进料压力101kPa，苯加氢反应后的混合气体（质量分率：环己烯0.341，苯0.412，环己烷0.247）进料速率为2.465kg/h，进料温度83℃，进料压力101kPa，使环己烯与乙酸在固体催化剂表面逆流接触反应。反应精馏塔常压操作，回流比R=0.64,侧线采出量为0。塔底液体采出量1.627kg/h，乙酸环己酯摩尔分率0.5724，乙酸摩尔分率0.4273，环己烯摩尔分率0.0002，苯摩尔分率0.0001，几乎不含环己烷；塔顶采出量2.138kg/h，环己烯摩尔分率0.0543，乙酸摩尔分率0.2288，几乎不含乙酸环己酯摩尔分率，苯摩尔分率0.4606，环己烷摩尔分率0.2563。
实施例2
以磺酸基离子交换树脂为催化剂，乙酸进料速率为1.3kg/h，进料温度83℃，进料压力101kPa，苯加氢反应后的混合气体（质量分率：环己烯0.341，苯0.412，环己烷0.247）进料速率为2.465kg/h，进料温度83℃，进料压力101kPa，使环己烯与乙酸在固体催化剂表面逆流接触反应。反应精馏塔常压操作，回流比R=0.64,侧线采出循环量为0.642kg/h。塔底液体采出量1.347kg/h，乙酸环己酯摩尔分率0.9411，乙酸摩尔分率0.0589，几乎不含苯、环己烷和环己烯；塔顶采出量2.418kg/h，环己烯摩尔分率0.0303，乙酸摩尔分率0.3579，几乎不含乙酸环己酯，苯摩尔分率0.3931，环己烷摩尔分率0.2187。
实施例3
以磺酸基离子交换树脂为催化剂，乙酸进料速率为1.3kg/h，进料温度83℃，进料压力101kPa，苯加氢反应后的混合气体（质量分率：环己烯0.341，苯0.412，环己烷0.247）进料速率为2.465kg/h，进料温度83℃，进料压力101kPa，使环己烯与乙酸在固体催化剂表面逆流接触反应。反应精馏塔常压操作，回流比R=0.64,侧线采出循环量为1.22kg/h。塔底液体采出量1.203kg/h，乙酸环己酯摩尔分率0.9957，乙酸摩尔分率0.0043，几乎不含苯、环己烷和环己烯；塔顶采出量2.562kg/h，环己烯摩尔分率0.0267，乙酸摩尔分率0.3583，乙酸环己酯摩尔分率0.0253，苯摩尔分率0.3788，环己烷摩尔分率0.2109。
实施例4
以磺酸基离子交换树脂为催化剂，乙酸进料速率为1.3kg/h，进料温度83℃，进料压力101kPa，苯加氢反应后的混合气体（质量分率：环己烯0.341，苯0.412，环己烷0.247）进料速率为2.465kg/h，进料温度83℃，进料压力101kPa，使环己烯与乙酸在固体催化剂表面逆流接触反应。反应精馏塔常压操作，回流比R=1.4,侧线采出循环量为0.642kg/h。塔底液体采出量1.323kg/h，乙酸环己酯摩尔分率0.9593，乙酸摩尔分率0.0407，几乎不含苯、环己烷和环己烯；塔顶采出量2.442kg/h，环己烯摩尔分率0.0327，乙酸摩尔分率0.3624，几乎不含乙酸环己酯，苯摩尔分率0.3887，环己烷摩尔分率0.2162。
实施例5
以磺酸基离子交换树脂为催化剂，乙酸进料速率为0.65kg/h，进料温度83℃，进料压力101kPa，苯加氢反应后的混合气体（质量分率：环己烯0.341，苯0.412，环己烷0.247）进料速率为2.465kg/h，进料温度83℃，进料压力101kPa，使环己烯与乙酸在固体催化剂表面逆流接触反应。反应精馏塔常压操作，回流比R=1.4,侧线采出循环量为0.642kg/h。塔底液体采出量1.171kg/h，乙酸环己酯摩尔分率0.9966，乙酸摩尔分率0.0034，几乎不含苯、环己烷和环己烯；塔顶采出量1.944kg/h，环己烯摩尔分率0.0746，乙酸摩尔分率0.0975，乙酸环己酯摩尔分率0.0070，苯摩尔分率0.5274，环己烷摩尔分率0.2935。
由以上实施例可以看出，的优点可以直接利用苯部分加氢产物作为环己烯原料，避免了环己烯和环己烷与苯的分离工艺，同时反应与分离同时进行，在保证反应区乙酸过量的前提下，乙酸可以回收循环使用，提高了乙酸环己酯的收率，另外通过此复合装置，降低了总体的投资费用。
Claims (2)
1.一种乙酸环己酯制备方法，其特征在于，使用过量乙酸与环已烯在反应精馏塔内反应制取并分离得到乙酸环己酯；所述反应精馏塔的主塔（1）自下至上包括：公共提馏段（8）、第一精馏段（7）、与所述第一精馏段连通的反应段（5），第二精馏段（3），公共提馏段和第一精馏段之间开设侧线出料口，反应段的上下两端开设进料口；在所述主塔的塔底连接有再沸器（9），塔顶连接有冷凝器（2），主塔（1）内安装有液相分配器（4）及气相分配器（6）；乙酸以液体形式经由位于反应段（5）上部的进料口进入液相分配器（4）而加至反应段（5），环己烯以气体形式经由位于反应段（5）的下部的进料口进入气体分布器（6）而加至反应段（5），未反应的乙酸由位于公共提馏段（8）和第一精馏段（7）之间的侧线出料口采出并经侧线采出冷却器（10）冷却后返回液相分配器（4），环己烯气体由塔顶采出经冷凝器（2）冷却后收集，塔底采出乙酸环己酯。
2.根据权利要求1所述的乙酸环己酯制备方法，其特征在于所述环己烯原料为苯加氢所得包含环己烯与环己烷、苯的混合物。
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