專利名稱：一種合成乙酸乙酯的工藝方法
技術領域：
本發明涉及一種合成乙酸乙酯的工藝方法。
背景技術：
乙酸乙酯(Ethyl Acetate，EA)，又稱醋酸乙酯，是醋酸下游衍生產品的一個分支。其歸屬于化學溶劑的范疇，是一種重要的綠色有機溶劑，具有優異的溶解性、快干性；是較為基礎的工業原料，工業中主要用于生產涂料、黏合劑、乙基纖維素、人造革、油氈著色劑以及人造纖維等的溶劑，也可作為黏合劑用于印刷油墨、人造珍珠等的生產，作為提取劑用于醫藥、有機酸的產品的生產等，此外還可用作生產菠蘿、香蕉、草莓等水果香精和威士忌、奶油等香料的原料，用途十分廣泛，發展前景看好。隨著中國市場經濟的不斷深化，綜合國力的不斷加強，人民的生活水平不斷提高，人們的消費已從吃、穿、用的消費向住房、汽車、健康等轉移。這樣必將帶動對涂料、粘合劑、醫藥等行業需求的增加，而導致原料之一的醋酸乙酯產品的需求必然增加。由于其特殊的性能，乙酸乙酯在世界化工市場相當活躍，而對其制備工藝與裝置方面的研究也引起人們的廣泛關注。目前世界上生產乙酸乙酯的方法大致有以下幾種:乙醇醋酸直接酯化法、乙醛縮合法、乙醇脫氫法、乙烯和乙酸直接加成法、催化精餾法。合成乙酸乙酯的傳統工藝是以98%的濃硫酸作為催化劑的連續酯化法生產路線，乙酸和乙醇在反應釜中進行酯化反應，生成乙酸乙酯和水；反應得到的粗酯經精餾塔精制得最終產品。由于無機強酸催化劑通常會帶來設備腐蝕、副反應多、后處理工序繁瑣和環境污染等問題，現在已逐漸被固體酸催化劑(酸性陽離子交換樹脂、分子篩和固體超強酸)的液固相反應和氣固相反應所替代。反應精餾水解工藝將反應過程和精餾過程有機地耦合在一起，使反應物在進行反應的同時與產物分離，強化水解反應，降低了設備投資及操作難度。例如，專利CN1433395A提出了一種生產乙酸乙酯的新型裝置，該裝置是在固體酸性催化劑的存在下，乙醇與乙酸或乙酸酐發生酯化反應生成乙酸乙酯，在塔頂形成共沸物并分離成水相和酯相，一部分酯相作回流，另一部分做產品抽出。專利US8314266B2公開的反應精餾過程則需要在一個與反應器中通過酯化反應合成乙酸乙酯，并在后續的反應蒸餾塔中繼續反應，實現產品的提純與分離。專利US0035390A1提出了一種乙醇脫氫的反應蒸餾裝置，在塔頂不斷分離氫氣，塔釜裝填適量的加氫催化劑減少丁酮和丁醛的含量，并得到純度較高的乙酸乙酯產品。隔壁式反應精餾塔技術是將隔壁塔技術與反應精餾過程相耦合的一種集成強化手段，使得反應物的反應與產物的提純在同一個塔內實現，在保障原有的高轉化率的基礎上，大幅節省了設備投資。例如，CN101357887將隔壁反應精餾塔技術應用在乙酸甲酯的水解工藝上，取得了良好的節能效果。
發明內容
乙醇醋酸直接酯化法存在反應溫度高，乙酸利用率低，易發生副反應，產品處理困難、催化劑對設備腐蝕性強，廢液污染環境以及生產成本高等缺點，正在被逐漸改進或被其他先進工藝所替代。盡管有固體酸催化劑或離子交換樹脂等作為催化劑不斷投入生產中，但普通的反應精餾法生產乙酸乙酯仍在設備投資和操作條件上存在一定的難度。本發明旨在引入一種新型的熱耦合工藝一差壓熱耦合，與反應精餾隔壁塔技術相結合，在利用隔壁塔技術簡化原有流程，節省設備投資的基礎上，通過差壓熱耦合技術，利用隔壁塔塔頂與塔底的差壓操作，將使塔頂蒸汽與塔底餾出液相完成換熱，實現大幅的能量耦合，節省能耗。本發明的工藝方法包括以下步驟:步驟一:乙醇和醋酸從反應區(II)的底部進入隔壁塔(C2)，所述隔壁塔(C2)包括精餾區⑴、反應區(II)和側線精餾區(III)，在反應區(II)內與陽離子交換樹脂反應生成乙酸乙酯，生成的乙酸乙酯經過精餾區(I)洗去部分水和沒有反應完全的乙醇，并在側線精餾區(III)底部得到高純度的乙
酸乙酯產品；步驟二:隔壁塔(C2)塔頂操作壓力為100 IlOkPa,操作溫度為60 75°C，催化劑床層溫度為95 110°C，釜溫是115 120°C，步驟一中另一部分水、沒有反應完全的乙醇以及部分乙酸乙酯在隔壁塔(C2)的塔頂形成蒸汽經過壓縮機(3)加壓進入精餾塔(Cl)，為其提供上升蒸汽流，實現再沸器的作用；步驟三:所述精餾塔(Cl)操作壓力為500 650kPa，塔頂操作溫度為120 130°C，在精餾塔(Cl)中，生成的乙酸乙酯與水和乙醇形成了二元、三元共沸物，經過精餾作用不斷脫去其中的所生成的乙酸乙酯，在塔頂得到接近于乙酸乙酯、水和乙醇的非均相共沸混合物流； 步驟四:步驟三中在精餾塔(Cl)塔頂得到的非均相混合物流，經隔壁塔(C2)的第一換熱器(4)和第二換熱器(5)與隔壁塔(C2)塔底物流換熱，再經輔助冷凝器(2)進一步冷卻后，在分相器(I)中分為水相及酯相，水相排出系統，酯相作為回流打入精餾塔(Cl)，精餾塔(Cl)的塔底出料為隔壁塔(C2)提供液相回流，實現冷凝器的功用。2.如權利要求1所述的一種合成乙酸乙酯的工藝方法，其特征在于所述反應區
(I)進料溫度為20 80°C，乙酸和乙醇的進料摩爾比為1:1 1.1: I。3.如權利要求1所述的一種合成乙酸乙酯的工藝方法，其特征在于所述隔壁塔(C2)與側線精餾區(III)的橫截面積比為2.0 5.0。4.如權利要求1所述的一種合成乙酸乙酯的工藝方法，其特征在于所述催化劑裝填在反應區(II)，所述催化劑是陽離子交換樹脂催化劑。本發明中醋酸的轉化率在99.8%以上，所得乙酸乙酯產品純度在99.0%以上，與常規反應精餾裝置相比可節能20 40%。
:圖1為本發明的流程圖。
具體實施例方式下面結合具體的實施例對本發明做了進一步的描述。本裝置包括精餾塔(Cl)、隔壁塔(C2)、分相器⑴、輔助冷凝器(2)、壓縮機(3)、第一換熱器(4)、第二換熱器(5)。其中精餾塔(Cl)和隔壁塔(C2)是由一個完整的隔壁塔分割而成的，不設冷凝器和再沸器。隔壁塔(C2)塔釜以上部分可分成三個區域，其中包括:精餾區(I)，裝有催化劑的反應區(II)和側線精餾區(III)。分相器(I)、輔助冷凝器(2)、壓縮機(3)、換熱器(5)安裝于兩塔之間，用于輔助實現冷熱物流的匹配換熱。本發明的工藝方法包括以下步驟:步驟一:乙醇和醋酸從反應區(II)的底部進入隔壁塔(C2)，所述隔壁塔(C2)包括精餾區(I)、反應區(II)和側線精餾區(III)，在反應區(II)內與陽離子交換樹脂反應生成乙酸乙酯，生成的乙酸乙酯經過精餾區(I)洗去部分水和沒有反應完全的乙醇，并在側線精餾區(III)底部得到高純度的乙酸乙酯產品；步驟二:隔壁塔(C2)塔頂操作壓力為100 IlOkPa,操作溫度為60 75°C，催化劑床層溫度為95 110°C，釜溫是115 120°C，步驟一中另一部分水、沒有反應完全的乙醇以及部分乙酸乙酯在隔壁塔(C2)的塔頂形成蒸汽經過壓縮機(3)加壓進入精餾塔(Cl)，為其提供上升蒸汽流，實現再沸器的作用；步驟三:所述精餾塔(Cl)操作壓力為500 650kPa，塔頂操作溫度為120 130°C，在精餾塔(Cl)中，生成的乙酸乙酯與水和乙醇形成了二元、三元共沸物，經過精餾作用不斷脫去其中的所生成的乙酸乙酯，在塔頂得到接近于乙酸乙酯、水和乙醇的非均相共沸混合物流；脫去的大部分乙酸乙酯進入隔壁塔(C2)，在側線精餾區(III)底部得到高純度的乙酸乙酯產品；塔頂有一部分乙酸乙酯在分相器中被分離作為回流返回精餾塔(Cl)內部。步驟四:步驟三 中在精餾塔(Cl)塔頂得到的非均相混合物流，經隔壁塔(C2)的第一換熱器(4)和第二換熱器(5)與隔壁塔(C2)塔底物流換熱，再經輔助冷凝器(2)進一步冷卻后，在分相器(I)中分為水相及酯相，水相排出系統，酯相作為回流打入精餾塔(Cl)，精餾塔(Cl)的塔底出料作為隔壁塔(C2)的液相回流，為隔壁塔(C2)提供冷凝器的功用。所述反應區⑴進料溫度為20 80°C，乙酸和乙醇的進料摩爾比為1:1 1.1:1。所述隔壁塔(C2)與側線精餾區(III)的橫截面積比為2.0 5.0。所述催化劑裝填在反應區(II)，所述催化劑是陽離子交換樹脂催化劑。本發明中醋酸的轉化率在99.8%以上，所得乙酸乙酯產品純度在99.0%以上，與常規反應精餾裝置相比可節能20 40%。當然，以上所述僅是本發明的一種實施方式而已，應當指出本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾均屬于本發明權利要求的保護范圍之內。
權利要求
1.一種合成乙酸乙酯的工藝方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一:乙醇和醋酸從反應區(II)的底部進入隔壁塔(C2)，所述隔壁塔(C2)包括精餾區(I)、反應區(II)和側線精餾區(III)， 在反應區(II)內與催化劑反應生成乙酸乙酯，生成的乙酸乙酯經過精餾區(I)洗去部分水和沒有反應完全的乙醇，并在側線精餾區(III)底部得到高純度的乙酸乙酯產品； 步驟二:隔壁塔(C2)塔頂操作壓力為100 IlOkPa,操作溫度為60 75°C，催化劑床層溫度為95 110 ，.115 120°C，步驟一中另一部分水、沒有反應完全的乙醇以及部分乙酸乙酯在隔壁塔(C2)的塔頂形成蒸汽經過壓縮機(3)加壓進入精餾塔(Cl)，為其提供上升蒸汽流，實現再沸器的作用； 步驟三:，所述精餾塔(Cl)操 作壓力為500 650kPa，塔頂操作溫度為120 130°C，在精餾塔(Cl)中，生成的乙酸乙酯與水和乙醇形成了二元、三元共沸物，經過精餾作用不斷脫去其中的所生成的乙酸乙酯，在塔頂得到接近于乙酸乙酯、水和乙醇的非均相共沸混合物流； 步驟四:步驟三中在精餾塔(Cl)塔頂得到的非均相混合物流，經隔壁塔(C2)的第一換熱器(4)和第二換熱器(5)與隔壁塔(C2)塔底物流換熱，再經輔助冷凝器(2)進一步冷卻后，在分相器(I)中分為水相及酯相，水相排出系統，酯相作為回流打入精餾塔(Cl)，精餾塔(Cl)的塔底出料為隔壁塔(C2)提供液相回流，為隔壁塔(C2)實現冷凝器的作用。
2.如權利要求1所述的一種合成乙酸乙酯的工藝方法，其特征在于所述反應區(I)進料溫度為20 80°C，乙酸和乙醇的進料摩爾比為1:1 1.1: I。
3.如權利要求1所述的一種合成乙酸乙酯的工藝方法，其特征在于所述隔壁塔(C2)與側線精餾區(III)的橫截面積比為2.0 5.0。
4.如權利要求1所述的一種合成乙酸乙酯的工藝方法，其特征在于所述催化劑裝填在反應區(II)，所述催化劑是陽離子交換樹脂催化劑。
全文摘要
本發明涉及了一種合成乙酸乙酯的新型工藝方法。具體是利用差壓熱耦合，與反應精餾隔壁塔技術相結合，在利用隔壁塔技術簡化原有流程，節省設備投資的基礎上，通過差壓熱耦合技術，利用隔壁塔塔頂與塔底的差壓操作，將使塔頂蒸汽與塔底餾出液相完成換熱，實現大幅的能量耦合，節省能耗。
文檔編號C07C69/14GK103242158SQ20131019541
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月24日 優先權日2013年5月24日
發明者李軍, 田雅楠, 馬占華, 李青松, 孫蘭義 申請人:中國石油大學(華東)