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CN111943849B - 高效节能型乳酸乙酯反应精馏生产方法及装置 - Google Patents

高效节能型乳酸乙酯反应精馏生产方法及装置 Download PDF

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CN111943849B CN202010822097.XA CN202010822097A CN111943849B CN 111943849 B CN111943849 B CN 111943849B CN 202010822097 A CN202010822097 A CN 202010822097A CN 111943849 B CN111943849 B CN 111943849B
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Abstract

本发明涉及高效节能型乳酸乙酯反应精馏生产方法及装置，由反应精馏塔和产品精制塔或反应精馏完全热耦合塔构成，乳酸和乙醇从反应段的顶部和底部进入反应精馏塔，塔釜物料再进入产品精制塔，产品精制塔顶获得高纯的乳酸乙酯产品，乳酸从塔釜采出循环至反应精馏塔，产物水从反应精馏塔顶排出。本发明实现乳酸和乙醇的稳态进料摩尔比为1:1，通过反应精馏反应区增大乳酸与乙醇的摩尔比，促进乙醇的完全转化，避免了未反应完全的乙醇与产物水的共沸分离难题。产品的质量纯度达到99％以上，收率达到98％以上。本发明的优点是通过完全热耦合的方法将反应精馏塔与产品精制塔进行耦合集成，进一步实现生产能耗的大幅度节约，同时节省设备投资成本。

Description

高效节能型乳酸乙酯反应精馏生产方法及装置
技术领域
本发明涉及化工领域中有机溶剂乳酸乙酯合成技术领域，特别是涉及高效节能型乳酸乙酯反应精馏生产方法及装置；乳酸循环条件下利用反应精馏技术高效节能生产乳酸乙酯的方法及装置。
背景技术
溶剂在几乎所有的生产与过程工业中都被广泛的使用。常用的溶剂主要以不可再生的石油为原料生产，其生产过程会释放大量的二氧化碳及挥发性有机污染物(VOCs)，乳酸乙酯有机溶剂替代传统溶剂(如：卤代类、醚类、氟氯碳类溶剂等)将在我国减少碳/污染排放方面起到至关重要的作用。
乳酸乙酯又称α－羟基丙酸乙酯，分子式为C5H10O3，熔点26℃，沸点154.5℃，是一种绿色环保型溶剂，具有良好的可生物降解性，广泛应用于香料、溶剂、润滑剂、增塑剂等不同的化工领域。乳酸乙酯是无色略有气味液体，天然存在于菠萝、柑橘、苹果等水果中，溶解性好，与水混溶，可混溶于醇、芳烃、酯、烃类、油类。根据美国能源部报道，未来全球将有80％以上的常规溶剂(特别是卤代烃)将被乳酸乙酯所替代，由于其生产方法能耗大、成本高，限制了在工业中广泛应用，因此开发节能、低成本、绿色环保的乳酸乙酯生产方法迫在眉睫。
目前，传统生产乳酸乙酯的工艺主要采用乳酸和乙醇为原料，先经催化反应生成产品乳酸乙酯，反应完成后再经精馏或闪蒸分离工序提纯反应产物中的乳酸乙酯和回收未反应原料。这种传统生产存在工艺路线较长、投资费用较高等问题，因此反应精馏工艺相继产生，把催化反应和精馏分离集成于同一设备进行，降低了成本，但这一过程为了提高反应的转化率，采用过量的乙醇与水形成共沸物从塔顶采出，来促进反应的正向进行，剩余的乙醇再经精馏的方式实现乙醇的回收利用。此工艺乙醇的剩余导致后续分离流程长，且乙醇与水共沸物的分离能耗较高，乳酸乙酯的产率不高。有关乳酸乙酯反应工艺的专利和文献报道如下：
专利CN100427453C提出一种催化精馏法合成乳酸乙酯新工艺，乳酸和乙醇在装有强酸性离子交换树脂催化剂的催化精馏塔的催化段反应生成乳酸乙酯，塔釜液经闪蒸塔除去杂质得到乳酸乙酯产品。该方法乙醇和乳酸的摩尔比为3:1～5:1，塔釜再沸器的温度为80～90℃，因此塔釜液中仍含有水和未反应的乙醇，没有实现水和乙醇与乳酸乙酯的分离，使其后续分离产品收率降低。
专利CN1110698340A提出了一种利用反应精馏隔壁塔技术生产乳酸乙酯的工艺方法，全塔分为七个区域，全塔精馏段、中段进料侧精馏段、中段进料侧反应段、中段进料侧提馏段、中段采出侧精馏段、中段采出侧提馏段和塔釜，在中段进料侧反应段内生成乳酸乙酯和水，中段采出侧精馏段完成乙醇和酯化产物水的分离，进料侧和采出侧两个提馏段内提纯产品，在塔底获得乳酸乙酯产品。该塔区域较多，设计较复杂，新鲜乙醇和乳酸的摩尔比为1.05～1.3:1，乙醇与水共沸物分离能耗较高。
专利CN109438228A提出利用反应～渗透汽化膜～蒸馏技术降低能耗，保证产品质量，乳酸与乙醇以浓H2SO4为催化剂在搅拌状态下加热加压酯化合成乳酸乙酯，酯化反应输出的乙醇、水、少量乳酸乙酯混合蒸汽经分馏塔分馏后，乙醇和水混合蒸汽输入渗透汽化膜进行水分离，分离后的乙醇蒸汽输出渗透汽化膜，继续参与反应。酯化反应完成，加入碳酸钠中和浓H2SO4，酯化液冷却后经减压蒸馏得到乳酸乙酯产品。该方法催化剂为浓H2SO4，容易发生副反应，产品收率降低，且产生的三废较多，回收利用较难，工艺流程较复杂，投资和操作费用较高。
专利CN107032984A公开报道了一种连续化乳酸乙酯合成的方法，有反应和分离两个工段组成，乙醇和乳酸的摩尔比为2:1～4:1，通过原料泵进入固定床反应器内催化酯化反应，得到乳酸乙酯粗品，然后依次进入粗分塔、乙醇塔、乳酸塔和乳酸乙酯塔，得到食品级乳酸乙酯。该方法工艺流程较长，设备投资和操作费用较高，乙醇与水形成共沸，过量的乙醇导致回收能耗较高。
J.Gao,X.M.Zhao,L.Y.Zhou,Z.H.Huang,Investigation of Ethyl LactateReactive Distillation Process,Chemical Engineering Research and Design,2007,85(4):525-529.采用催化反应精馏技术合成乳酸乙酯，以超细磁性固体超强酸SO4 2-/ZrO2–Fe3O4为催化剂，利用模拟与实验对比的方法，证实了反应精馏法生产乳酸乙酯的可行性，水和乙醇以共沸物的形式从塔顶采出，从塔底获得产品乳酸乙酯。乳酸乙酯收率比简单酯化反应器提高82％，但原料转化率和产品收率仍较低。
为了进一步降低能耗、提高产品产率、降低成本，实现进料摩尔比是1:1，最大限度的利用反应物，采用高效节能型乳酸乙酯反应精馏生产乳酸乙酯实现节能的意义重大。
发明内容
本发明的目的是适用于乳酸乙酯高效节能生产的反应精馏方法及装置，使用本发明提供的高效节能型反应精馏方法生产乳酸乙酯，具有工艺流程简单，节省设备投资成本，操作方便，生产能耗较低且目标产物乳酸乙酯的纯度、反应转化率非常高等优点。
本发明的高效节能型乳酸乙酯反应精馏生产方法及装置，其中乳酸进料口设置在反应精馏塔反应段的顶部，乙醇进料口设置在反应精馏塔反应段的底部，产物水从反应精馏塔顶排出，产品精制塔顶获得高纯的乳酸乙酯产品，乳酸从塔釜采出循环至反应精馏塔，作为原料与新鲜原料汇合后返回到反应精馏塔。
本发明的方法及装置的特点在于通过实验与数值模拟相结合的方法，详细的研究催化填料结构与催化性能间的构效关系、反应与分离的匹配、理论板数与停留时间的优化，初始乳酸与乙醇的进料摩尔比为2～4:1，通过对反应精馏工艺的设计，未反应完全的乳酸与产品乳酸乙酯经过产品精制工艺分离，实现反应物乳酸回收循环到反应精馏区，进而在反应区增大乳酸与乙醇的摩尔比，来实现乳酸和乙醇的稳态进料摩尔比为1:1的情况下反应完全，避免了未反应完全的乙醇与产物水的共沸分离难题。进一步将反应精馏塔与产品精制塔进行热耦合集成，达到节能的目的。
本发明的技术如下：
本发明的高效节能型乳酸乙酯反应精馏生产方法是：生产原料乳酸和乙醇分别从反应段的顶部和底部进入反应精馏区，在反应精馏区的催化分离内构件中进行酯化反应的同时将产物水和乳酸乙酯迅速移出反应精馏区，使反应物乙醇完全转化；而未反应完全的乳酸与产品乳酸乙酯经过产品精制工艺分离，实现反应物乳酸回收循环到反应精馏区，确保反应精馏区内乳酸与乙醇的摩尔比处于较高值；最终产物水从反应精馏塔顶排出，在产品精制单元塔顶部获得高纯的乳酸乙酯产品。
本发明的高效节能型乳酸乙酯反应精馏生产方法的操作工艺条件为：
反应精馏工艺的操作压力为40～101kPa；反应精馏工艺的回流比为1～10。
产品精制工艺操作压力为100Pa～5kPa；回流比为0.5～3。
反应区每块理论级的反应物料停留时间为20～70秒。
反应精馏区每个理论板上的催化剂装载量为0.1～0.6cm3催化剂/cm3催化填料。
初始乳酸与乙醇的进料摩尔比为2～4:1，待过程达到稳态，未反应完全的乳酸在反应精馏塔内循环，实现乳酸和乙醇的稳态进料摩尔比为1:1，在反应精馏区反应物乳酸与乙醇的摩尔比为2～4:1。
实现本发明的高效节能型乳酸乙酯反应精馏生产方法的装置可以采用由反应精馏塔和产品精制塔两塔组成或由反应精馏完全热耦合隔壁塔一塔单独实现。
本发明的高效节能型乳酸乙酯反应精馏生产装置，其生产装置可由反应精馏塔(3)和产品精制塔(17)两塔组成；反应精馏塔(3)由反应精馏塔精馏段(4)、反应精馏塔反应段(5)、反应精馏塔提馏段(6)组成；产品精制塔(17)由产品精制塔精馏段(18)和产品精制塔提馏段(19)组成。两塔装置包括反应精馏塔(3)、产品精制塔(17)、塔顶水冷凝器(8)、塔顶乳酸乙酯冷凝器(21)、塔底粗产品再沸器(14)、塔底乳酸再沸器(27)以及相关进料管线和连接以上设备的管线；新鲜乳酸(1)进料管线连接到反应精馏塔(3)反应段(5)的顶部，乙醇(2)进料管线连接到反应精馏塔(3)反应段(5)的底部，反应精馏塔(3)塔顶蒸汽(7)通过管线与塔顶水冷凝器(8)气相进口相连接，冷凝后液相水(9)物料采出管线与塔顶水冷凝器(8)液相出口相连，同时塔顶水冷凝器(8)液相出口一部分通过管线(10)与反应精馏塔(3)塔顶相连接，另一部分(11)为脱除的轻组分采出；反应精馏塔(3)塔釜与产品精制塔(17)进口通过粗产品采出(16)管线连接，产品精制塔(17)塔顶蒸汽通过管线(20)与塔顶乳酸乙酯冷凝器(21)气相进口相连接，冷凝后一部分(23)回流到产品精制塔(17)塔顶，另一部分(24)作为高纯乳酸乙酯产品从塔顶采出，产品精制塔(17)塔釜液相产物一部分(29)物料采出返回到反应精馏塔(3)反应段(5)的顶部。
其中反应精馏塔(3)由反应精馏塔精馏段(4)、反应精馏塔反应段(5)、反应精馏塔提馏段(6)组成，精馏段和提馏段塔内件均为填料或塔盘，反应段塔内件为规整负载分子筛型催化分离内构件或催化填料或他们的组合形式；产品精制塔(17)由产品精制塔精馏段(18)、产品精制塔提馏段(19)组成，塔内件均为填料或塔盘。反应精馏塔塔板数为20～50块，其中精馏段塔板数为5～15块，反应段塔板数为10～40块、提馏段塔板数为2～15块；产品精制塔塔板数为10～20块，其中精馏段塔板数为5～9块，提馏段塔板数为7～15块。反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)分为五个区域，分别为主塔精馏段(31)、主塔反应段(32)、主塔提馏段(33)、副塔精馏段(34)、副塔提馏段(35)，塔中部设置一个隔板，其上部封顶，将塔体分为主塔和副塔，反应区位于主塔，产品精制区位于副塔，该塔需要两个冷凝器，分别是塔顶水冷凝器(8)、塔顶乳酸乙酯冷凝器(21)、一个塔底乳酸再沸器(27)。
发明的高效节能型乳酸乙酯反应精馏生产装置，其生产装置由反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)一塔单独实现，反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)由主塔精馏段(31)、主塔反应段(32)、主塔提馏段(33)、副塔精馏段(34)和副塔提馏段(35)组成。一塔装置包括反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)、塔顶水冷凝器(8)、塔顶乳酸乙酯冷凝器(21)、塔底乳酸再沸器(27)及相关进料管线和连接以上设备的管线；新鲜乳酸(1)进料管线连接到反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)反应段(32)的顶部，新鲜乙醇(2)进料管线连接到反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)反应段(32)的底部，反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)主塔塔顶蒸汽(7)通过管线与塔顶水冷凝器(8)气相进口相连接，物料采出管线(9)与塔顶水冷凝器(8)液相出口相连，同时塔顶水冷凝器(8)液相出口一部分通过管线(10)与反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)主塔塔顶相连接，另一部分(11)为脱除的轻组分排出；反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)副塔塔顶气相乳酸乙酯(20)通过管线与塔顶乳酸乙酯冷凝器(21)气相进口相连接，物料采出管线(22)与塔顶乳酸乙酯冷凝器(21)液相出口相连，同时塔顶乳酸乙酯冷凝器(21)液相出口一部分通过管线(23)与反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)副塔塔顶相连接，另一部分(24)作为高纯乳酸乙酯产品从塔顶采出；反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)塔釜液体通过管线(26)与塔底乳酸再沸器(27)液相进口相连接，同时塔底乳酸再沸器(27)气相出口还通过管线(28)与反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)塔底相连接，另一部分物料(29)采出作为原料采出与新鲜原料(1)汇合后返回到反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)反应段(32)的顶部。
反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)分为五个区域，分别为主塔精馏段(31)、主塔反应段(32)、主塔提馏段(33)、副塔精馏段(34)、副塔提馏段(35)，塔中部设置一个隔板，其上部封顶，将塔体分为主塔和副塔，反应区位于主塔，产品精制区位于副塔，该塔需要两个冷凝器，分别是塔顶水冷凝器(8)、塔顶乳酸乙酯冷凝器(21)、一个塔底乳酸再沸器(27)；主塔精馏段(31)、主塔提馏段(33)、副塔精馏段(34)和副塔提馏段(35)塔内件均为填料或塔盘，主塔反应段(32)塔内件为规整负载分子筛型催化分离内构件或催化填料或他们的组合形式；主塔精馏段(31)、主塔提馏段(33)、副塔精馏段(34)和副塔提馏段(35)塔内件均为填料或塔盘，主塔反应段(32)塔内件为规整负载分子筛型催化分离内构件或催化填料或他们的组合形式。反应精馏完全热耦合隔壁塔总塔板数为40～80块，其中主塔精馏段塔板数为5～10块，主塔反应段塔板数为10～40块，主塔提馏段塔板数为5～13块，副塔精馏段塔板数为10～20块，副塔提馏段塔板数为10～15块。
本发明的高效节能型乳酸乙酯反应精馏生产装置特征在于：生产原料乳酸管线连接至反应段上部，生产原料乙醇管线连接至反应段底部，产品精制塔顶部设置采出乳酸乙酯管线，底部设置采出循环乳酸管线，循环乳酸管线与生产原料乳酸管线连接。
本发明涉及高效节能型的反应精馏技术生产乳酸乙酯的方法及装置。乳酸和乙醇经过反应精馏过程后进入产品精制单元，从而获得高纯的乳酸乙酯产品，乳酸从塔釜采出循环至反应精馏单元。本发明的优点在于产品的质量纯度可以达到99％以上，收率可以达到98％以上。通过完全热耦合的方法将反应精馏塔与产品精制塔进行耦合集成，实现生产能耗节约30％以上，同时节省设备投资成本。
附图说明
图1为高效节能型乳酸乙酯反应精馏生产的工艺流程示意图，由反应精馏塔(3)和产品精制塔(17)组成。
图2为高效节能型乳酸乙酯反应精馏生产的工艺流程示意图，由反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)组成。
其中：1-乳酸；2-乙醇；3-反应精馏塔；4-反应精馏塔精馏段；5-反应精馏塔反应段；6-反应精馏塔提馏段；7-气相水；8-塔顶水冷凝器；9-液相水；10-回流水；11-馏出水；12-塔底粗产品；13-回塔液相粗产品；14-塔底粗产品再沸器；15-回塔气相粗产品；16-粗产品采出；17-产品精制塔；18-产品精制塔精馏段；19-产品精制塔提馏段；20-气相乳酸乙酯；21-塔顶乳酸乙酯冷凝器；22-液相乳酸乙酯；23-回流乳酸乙酯；24-高纯乳酸乙酯；25-塔底液相乳酸；26-回塔液相乳酸；27-塔底乳酸再沸器；28-回塔气相乳酸；29-循环乳酸；30-反应精馏完全热耦合隔壁塔；31-主塔精馏段；32-主塔反应段；33-主塔提馏段；34-副塔精馏段；35-副塔提馏段。
具体实施方式
下面结合附图对本发明所提供的方法及装置进行进一步的说明。
本发明是通过如下技术方案实现的：
如图1所示，将新鲜乳酸(1)由反应精馏塔(3)中反应段(5)的顶部进料，新鲜乙醇(2)由反应精馏塔(3)中反应段(5)的底部进料，进入塔内的液相乳酸与乙醇蒸气在反应段(5)内进行酯化反应，生成的水从反应精馏塔(3)塔顶气相出口(7)进入塔顶水冷凝器(8)进行冷凝，经冷凝后的物料从塔顶水冷凝器(8)液相出口流出，液相水(9)一部分作为塔顶回流水(10)流入反应精馏塔(3)，另一部分馏出水(11)作为脱除的轻组分排出，未反应的乳酸和生成的乳酸乙酯从反应精馏塔(3)塔釜液相出口(12)一部分(13)进入塔底粗产品再沸器(14)，另一部分作为粗产品采出(16)，从反应精馏塔(3)塔釜采出的液相物料(16)进入产品精制塔(17)，产品精制塔(17)塔顶气相产物(20)经塔顶乳酸乙酯冷凝器(21)冷凝后流出，液相乳酸乙酯(22)一部分作为塔顶回流乳酸乙酯(23)返回产品精制塔(17)塔顶，另一部分高纯乳酸乙酯(24)作为产品采出，塔底液相乳酸(25)一部分(26)经过塔底乳酸再沸器(27)返回产品精制塔(17)塔底，另一部分物料(29)采出作为原料与新鲜原料(1)汇合后返回到反应精馏塔(3)反应段(5)的顶部。
如图2所示，将新鲜乳酸(1)由反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)中反应段(32)的顶部进料，新鲜乙醇(2)由反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)中反应段(2)的底部进料，进入塔内的液相乳酸与乙醇蒸气在反应段(2)内进行酯化反应，生成的水从反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)主塔塔顶气相出口(7)进入塔顶水冷凝器(8)进行冷凝，经冷凝后的物料从塔顶水冷凝器(8)液相出口流出，液相水(9)一部分作为塔顶回流水(10)流入反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)主塔，另一部分馏出水(11)作为脱除的轻组分排出；产品乳酸乙酯从反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)副塔塔顶气相出口(20)进入塔顶乳酸乙酯冷凝器(21)进行冷凝，经冷凝后的物料从塔顶乳酸乙酯冷凝器(21)液相出口流出，液相乳酸乙酯(22)一部分作为塔顶回流乳酸乙酯(23)流入反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)副塔，另一部分高纯乳酸乙酯(24)作为产品乳酸乙酯从反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)副塔塔顶采出；反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)塔底液相乳酸(25)一部分物料(26)经过塔底乳酸再沸器(27)返回反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)塔底，另一部分物料(29)采出作为原料与新鲜原料(1)汇合后返回到反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)反应段(32)的顶部。
本发明的高效节能型乳酸乙酯反应精馏生产方法的操作工艺条件为：反应精馏工艺的操作压力为40～101kPa；反应精馏工艺的回流比为1～10。产品精制工艺操作压力为100Pa～5kPa；回流比为0.5～3。反应区每块理论级的反应物料停留时间为20～70秒。在反应精馏区反应物乳酸与乙醇的摩尔比为2～4:1。
如果装置由反应精馏塔(3)和产品精制塔(17)两塔组成时，反应精馏塔(3)由反应精馏塔精馏段(4)、反应精馏塔反应段(5)、反应精馏塔提馏段(6)组成；产品精制塔(17)由产品精制塔精馏段(18)和产品精制塔提馏段(19)组成。两塔装置包括反应精馏塔(3)、产品精制塔(21)、塔顶水冷凝器(8)、塔顶乳酸乙酯冷凝器(25)、塔底粗产品再沸器(14)、塔底乳酸再沸器(27)以及相关进料管线和连接以上设备的管线；新鲜乳酸(1)进料管线连接到反应精馏塔(3)反应段(5)的顶部，乙醇(2)进料管线连接到反应精馏塔(3)反应段(5)的底部，反应精馏塔(3)塔顶气相水(7)通过管线与塔顶水冷凝器(8)气相进口相连接，液相水(9)物料管线与塔顶水冷凝器(8)液相出口相连，同时塔顶水冷凝器(8)液相出口一部分通过管线(10)与反应精馏塔(3)塔顶相连接，另一部分(11)为脱除的轻组分采出。反应精馏塔(3)塔釜与产品精制塔(17)进口通过粗产品采出(16)管线连接，产品精制塔(17)塔顶蒸汽通过管线(20)与塔顶乳酸乙酯冷凝器(21)气相进口相连接，冷凝后一部分(23)回流到产品精制塔(17)塔顶，另一部分(24)作为高纯乳酸乙酯产品从塔顶采出，产品精制塔(17)塔釜液相产物一部分(29)物料采出返回到反应精馏塔(3)反应段(5)的顶部。
如果装置由反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)一塔单独实现，反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)由主塔精馏段(31)、主塔反应段(32)、主塔提馏段(33)、副塔精馏段(34)和副塔提馏段(35)组成。一塔装置包括反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)、塔顶水冷凝器(8)、塔顶乳酸乙酯冷凝器(25)、塔底乳酸再沸器(27)及相关进料管线和连接以上设备的管线；新鲜乳酸(1)进料管线连接到反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)反应段(32)的顶部，新鲜乙醇(2)进料管线连接到反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)反应段(32)的底部，反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)主塔塔顶气相水(7)通过管线与塔顶水冷凝器(8)气相进口相连接，液相水(9)物料管线与塔顶水冷凝器(8)液相出口相连，同时塔顶水冷凝器(8)液相出口一部分通过管线(10)与反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)主塔塔顶相连接，另一部分(11)为脱除的轻组分排出。反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)副塔塔顶气相乳酸乙酯(20)通过管线与塔顶乳酸乙酯冷凝器(21)气相进口相连接，液相乳酸乙酯(22)物料管线与塔顶乳酸乙酯冷凝器(21)液相出口相连，同时塔顶乳酸乙酯冷凝器(21)液相出口一部分通过管线(23)与反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)副塔塔顶相连接，另一部分(24)作为高纯乳酸乙酯产品从塔顶采出。反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)塔釜液体通过管线(26)与塔底乳酸再沸器(27)液相进口相连接，同时塔底乳酸再沸器(27)气相出口还通过管线(28)与反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)塔底相连接，另一部分物料(29)采出作为原料采出与新鲜原料(1)汇合后返回到反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)反应段(32)的顶部。
本发明的高效节能型乳酸乙酯反应精馏生产装置特征在于：生产原料乳酸管线连接至反应段上部，生产原料乙醇管线连接至反应段底部，产品精制塔顶部设置采出乳酸乙酯管线，底部设置采出循环乳酸管线，循环乳酸管线与生产原料乳酸管线连接。
其中如图1所示，应用于实施例1和2中，反应精馏塔(3)由反应精馏塔精馏段(4)、反应精馏塔反应段(5)、反应精馏塔提馏段(6)组成，精馏段和提馏段塔内件均为填料或塔盘，反应段塔内件为规整负载分子筛型催化分离内构件或催化填料或他们的组合形式；产品精制塔(17)由产品精制塔精馏段(18)、产品精制塔提馏段(19)组成，塔内件均为填料或塔盘。反应精馏塔塔板数为20～50块，其中精馏段塔板数为5～15块，反应段塔板数为10～40块、提馏段塔板数为2～15块；产品精制塔塔板数为10～20块，其中精馏段塔板数为5～9块，提馏段塔板数为7～15块。或者如图2所示，应用于实施例3和4中，反应精馏完全热耦合隔壁塔(30)分为五个区域，分别为主塔精馏段(31)、主塔反应段(32)、主塔提馏段(33)、副塔精馏段(34)、副塔提馏段(35)，塔中部设置一个隔板，其上部封顶，将塔体分为主塔和副塔，反应区位于主塔，产品精制区位于副塔，该塔需要两个冷凝器，分别是塔顶水冷凝器(8)、塔顶乳酸乙酯冷凝器(21)、一个塔底乳酸再沸器(27)。主塔精馏段(31)、主塔提馏段(33)、副塔精馏段(34)和副塔提馏段(35)塔内件均为填料或塔盘，主塔反应段(32)塔内件为规整负载分子筛型催化分离内构件或催化填料或他们的组合形式。反应精馏完全热耦合隔壁塔总塔板数为40～80块，其中主塔精馏段塔板数为5～10块，主塔反应段塔板数为10～40块，主塔提馏段塔板数为5～13块，副塔精馏段塔板数为10～20块，副塔提馏段塔板数为10～15块。反应精馏区每个理论板上的催化剂装载量为0.1～0.6cm3催化剂/cm3催化填料。
本发明的技术和设备广泛适用于由乳酸和乙醇酯化制乳酸乙酯的过程，为了更好地说明本发明在产品纯度与收率方面的优势，与专利CN100427453C所述流程对比。选取其中四个应用实例加以说明，但并不因此限制本技术和设备的适用范围。
实施例1
将本发明方法用于乳酸和乙醇酯化制乳酸乙酯的过程，与本发明所述流程相同，包括反应精馏塔、产品精制塔、塔顶水冷凝器、塔顶乳酸乙酯冷凝器、塔底粗产品再沸器、塔底乳酸再沸器，其中反应精馏塔的操作压力为101kPa，回流比为9，新鲜乳酸进料量为50kmol/h，生物质基乳酸与乙醇的反应摩尔比为2，催化剂装载量为0.1cm3催化剂/cm3催化填料，产品精制塔的操作压力为5kpa，回流比为0.5。
经上述过程后，主要产品乳酸乙酯的纯度可以达到99％，收率可以达到98.2％，与常规的反应精馏工艺相比，能耗可降低30％以上。
实施例2
将本发明方法用于乳酸和乙醇酯化制乳酸乙酯的过程，与本发明所述流程相同，包括反应精馏塔、产品精制塔、塔顶水冷凝器、塔顶乳酸乙酯冷凝器、塔底粗产品再沸器、塔底乳酸再沸器，其中反应精馏塔的操作压力为40kPa，回流比为10，新鲜乳酸进料量为15kmol/h，生物质基乳酸与乙醇的反应摩尔比为3，催化剂装载量为0.1cm3催化剂/cm3催化填料，产品精制塔的操作压力为100pa，回流比为1。
经上述过程后，主要产品乳酸乙酯的纯度可以达到99.2％，收率可以达到98.3％，与常规的反应精馏工艺相比，能耗可降低30％以上。
实施例3
将本发明方法用于乳酸和乙醇酯化制乳酸乙酯的过程，与本发明所述流程相同，包括反应精馏完全热耦合隔壁塔、塔顶水冷凝器、塔顶乳酸乙酯冷凝器、塔底乳酸再沸器，其中反应精馏完全热耦合隔壁塔的操作压力为50kPa，主塔回流比为2，副塔回流比为3，新鲜乳酸进料量为30kmol/h，生物质基乳酸与乙醇的反应摩尔比为4，催化剂装载量为0.1cm3催化剂/cm3催化填料。
经上述过程后，主要产品乳酸乙酯的纯度可以达到99.7％，收率可以达到98.6％，与常规的反应精馏工艺相比，能耗可降低40％以上。
实施例4
将本发明方法用于乳酸和乙醇酯化制乳酸乙酯的过程，与本发明所述流程相同，包括反应精馏完全热耦合隔壁塔、塔顶水冷凝器、塔顶乳酸乙酯冷凝器、塔底乳酸再沸器，其中反应精馏完全热耦合隔壁塔的操作压力为40kPa，主塔回流比为1.5，副塔回流比为2.5，新鲜乳酸进料量为15kmol/h，生物质基乳酸与乙醇的反应摩尔比为3，催化剂装载量为0.1cm3催化剂/cm3催化填料。
经上述过程后，主要产品乳酸乙酯的纯度可以达到99.3％，收率可以达到98.2％，与常规的反应精馏工艺相比，能耗可降低30％以上。
本发明提出的高效节能型乳酸乙酯反应精馏生产方法及装置，已通过较佳实施例进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的设备和工艺流程进行改动或适当变更与组成，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims (3)

1.高效节能型乳酸乙酯反应精馏生产方法；其特征是，原料乙醇和乳酸分别从反应段的底部和顶部进入反应精馏区，在由规整负载分子筛型催化分离内构件或催化填料或它们的组合形式构成反应精馏区的催化进行酯化反应的同时将产物水和乳酸乙酯移出，使反应物乙醇完全转化；而未反应完全的乳酸与产品乳酸乙酯经过产品精制工艺分离，实现反应物乳酸回收循环到反应精馏区，确保反应精馏区内乳酸与乙醇的摩尔比处于较高值；最终产物水从反应精馏塔顶排出，在产品精制单元塔顶部获得高纯的乳酸乙酯产品；初始乳酸与乙醇的进料摩尔比为2～4:1，待过程达到稳态，未反应完全的乳酸在反应精馏塔内循环，实现乳酸和乙醇的稳态进料摩尔比为1:1，在反应精馏区反应物乳酸与乙醇的摩尔比为2～4:1；生产装置由反应精馏塔(3)和产品精制塔(17)两塔组成；反应精馏塔(3)由反应精馏塔精馏段(4)、反应精馏塔反应段(5)、反应精馏塔提馏段(6)组成；产品精制塔(17)由产品精制塔精馏段(18)和产品精制塔提馏段(19)组成；两塔装置包括反应精馏塔(3)、产品精制塔(17)、塔顶水冷凝器(8)、塔顶乳酸乙酯冷凝器(21)、塔底粗产品再沸器(14)、塔底乳酸再沸器(27)以及相关进料管线和连接以上设备的管线；新鲜乳酸(1)进料管线连接到反应精馏塔(3)反应段(5)的顶部，乙醇(2)进料管线连接到反应精馏塔(3)反应段(5)的底部，反应精馏塔(3)塔顶蒸汽(7)通过管线与塔顶水冷凝器(8)气相进口相连接，冷凝后液相水(9)物料采出管线与塔顶水冷凝器(8)液相出口相连，同时塔顶水冷凝器(8)液相出口一部分通过管线(10)与反应精馏塔(3)塔顶相连接，另一部分(11)为脱除的轻组分采出；反应精馏塔(3)塔釜与产品精制塔(17)进口通过粗产品采出(16)管线连接，产品精制塔(17)塔顶蒸汽通过管线(20)与塔顶乳酸乙酯冷凝器(21)气相进口相连接，冷凝后一部分(23)回流到产品精制塔(17)塔顶，另一部分(24)作为高纯乳酸乙酯产品从塔顶采出，产品精制塔(17)塔釜液相产物一部分(29)物料采出返回到反应精馏塔(3)反应段(5)的顶部；反应精馏塔塔板数为20～50块，其中精馏段塔板数为5～15块，反应段塔板数为10～40块、提馏段塔板数为2～15块；产品精制塔塔板数为10～20块，其中精馏段塔板数为5～9块，提馏段塔板数为7～15块。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是，反应精馏工艺的操作压力为40～101kPa；反应精馏工艺的回流比为1～10；产品精制工艺操作压力为100Pa～5kPa；回流比为0.5～3。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是，反应区每块理论级的反应物料停留时间为20～70秒；反应精馏区每个理论板上的催化剂装载量为0.1～0.6cm3催化剂/cm3催化填料。
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