本實(shí)用新型屬于碳酸甲乙酯技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種制備碳酸甲乙酯的裝置。
背景技術(shù)：
碳酸甲乙酯是一種優(yōu)良的鋰離子電池電解液的溶劑，是隨著碳酸二甲酯及鋰離子電池產(chǎn)量增大而延伸出的最新產(chǎn)品，由于它同時(shí)擁有甲基和乙基，兼有碳酸二甲酯、碳酸二乙酯特性，可以與醇、酚、胺及酯等反應(yīng)，是非常重要的精細(xì)合成中間體。同時(shí)，由于碳酸甲乙酯分子結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性，使其在作為油漆、纖維素以及樹脂等的溶劑方面也顯示了明顯的優(yōu)越性，因此也可作為特種香料和中間體的溶劑。
碳酸甲乙酯的傳統(tǒng)合成方法主要以劇毒光氣為原料，再經(jīng)醇解和氨解得到碳酸甲乙酯。該生產(chǎn)工藝由于工序多、裝置復(fù)雜、生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生最強(qiáng)腐蝕性的鹽酸，產(chǎn)品中的殘余氯難以去除，環(huán)境負(fù)擔(dān)增加，而且光氣有劇毒，目前已逐漸被非光氣法所取代。非光氣法主要包括氧化羰基法和酯交換法。氧化羰基法尚不完善，存在選擇性低、催化劑價(jià)格昂貴、難以操作控制等缺點(diǎn)。而目前被廣泛采用的酯交換法存在的問(wèn)題是，催化劑壽命短，反應(yīng)條件苛刻，反應(yīng)過(guò)程中需要加入各種有機(jī)溶劑，給產(chǎn)物的后續(xù)分離帶來(lái)了很大的困難，無(wú)形中加大了設(shè)備投資費(fèi)用和生產(chǎn)消耗。
而由甲醇、乙醇和尿素制碳酸甲乙酯的生產(chǎn)方法符合綠色化工理念，不會(huì)造成環(huán)境污染，工藝簡(jiǎn)單，原料是廉價(jià)易得的甲醇、乙醇和尿素，容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，且該方法如果與尿素的生產(chǎn)相結(jié)合可減輕二氧化碳給環(huán)境帶來(lái)的溫室效應(yīng)和擴(kuò)大二氧化碳的利用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型的目的在于提供一種制備碳酸甲乙酯的裝置；能夠用于進(jìn)行尿素醇解法制備碳酸甲乙酯，有效的保證制備過(guò)程原料的轉(zhuǎn)化率、速率和選擇性，能夠進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，從而有效降低裝置的能耗和生產(chǎn)成本。
本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)解決的：
這種制備碳酸甲乙酯的裝置，包括提餾塔，提餾塔上部設(shè)置有精餾段，精餾段的下方設(shè)置有尿素提餾段和碳酸甲乙酯提餾段；反應(yīng)器與尿素提餾段連接，預(yù)反應(yīng)器通過(guò)預(yù)反應(yīng)氣液分離器與反應(yīng)器連接；原料罐與預(yù)反應(yīng)器連接，乙醇罐與反應(yīng)器連接；精餾段的頂部通過(guò)第一氣液分離器與氨水收集罐連接，精餾段的頂部還通過(guò)碳酸甲乙酯氣液分離器與儲(chǔ)存罐連接；碳酸甲乙酯提餾段的頂部通過(guò)碳酸甲乙酯冷卻器與碳酸甲乙酯氣液分離器連接。
更進(jìn)一步的，本實(shí)用新型的特點(diǎn)還在于：
其中尿素提餾段的底部與反應(yīng)器連接。
其中尿素提餾段的底部通過(guò)尿素提餾加熱器與尿素提餾段的中部連接。
其中碳酸甲乙酯提餾段的底部通過(guò)碳酸甲乙酯提餾加熱器與碳酸甲乙酯提餾段的中部連接。
其中預(yù)反應(yīng)氣液分離器的頂部與精餾段的中部連接。
其中精餾段的底部與反應(yīng)器連接。
其中碳酸甲乙酯氣液分離器的頂部和精餾段的頂部通過(guò)同一個(gè)第一冷凝器與第一氣液分離器連接。
其中第一氣液分離器通過(guò)第二冷凝器與第二氣液分離器連接，第二氣液分離器與氨水收集罐連接。
其中連接均為管道連接。
本實(shí)用新型的有益效果是：原料罐中裝有尿素和甲醇，原料罐中的原料進(jìn)入到預(yù)反應(yīng)器中與預(yù)反應(yīng)器中的催化劑進(jìn)行反應(yīng)得到氨和氨基甲酸甲酯；氨和氨基甲酸甲酯通過(guò)預(yù)反應(yīng)氣液分離器分離之后將氣相的原料通入反應(yīng)器中，同時(shí)乙醇罐向反應(yīng)器中通入乙醇，乙醇和氣相的原料進(jìn)行反應(yīng)得到碳酸甲乙酯和其他副產(chǎn)物，如氨、甲醇、乙醇、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯等；大部分的碳酸甲乙酯和副產(chǎn)物在尿素提餾段中被提餾至精餾段中，在精餾段中將大部分的副產(chǎn)物精餾至精餾段的頂部，同時(shí)氨基甲乙酯和少量的副產(chǎn)物通過(guò)精餾段底部進(jìn)入到碳酸甲乙酯提餾段的頂部，經(jīng)過(guò)在碳酸甲乙酯提餾段中的提餾，將碳酸甲乙酯通過(guò)碳酸甲乙酯冷凝器通入到碳酸甲乙酯氣液分離器中，進(jìn)行分離，從而將碳酸甲乙酯溶液輸送至儲(chǔ)存罐中；精餾段頂部的副產(chǎn)物在通過(guò)氣液分離器將副產(chǎn)物氨氣收集至氨水收集罐中。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化通過(guò)尿素醇解法制備碳酸甲乙酯，并且有效降低了裝置的能耗和生產(chǎn)成本，提高了原料的利用率和轉(zhuǎn)化速率。
更進(jìn)一步的，尿素提餾段底部的甲醇、乙醇等溶液能夠再次回收至反應(yīng)器中，提高了原料的利用率；尿素提餾段加熱器能夠?qū)⒛蛩靥狃s段中少量的氨基甲乙酯溶液加熱氣化后，重新提餾至精餾段中。
更進(jìn)一步的，碳酸甲乙酯提餾加熱器將碳酸甲乙酯提餾段底部的少量碳酸甲乙酯加熱之后，通過(guò)碳酸甲乙酯冷凝器冷凝后進(jìn)入碳酸甲乙酯氣液分離器中，提高了碳酸甲乙酯的轉(zhuǎn)化效率。
更進(jìn)一步的，預(yù)反應(yīng)氣液分離器的頂部與精餾段的中部連接，直接將產(chǎn)生的氣相物質(zhì)輸送至精餾段中，提高了后續(xù)碳酸甲乙酯的生產(chǎn)效率；精餾段底部的未反應(yīng)的甲醇、乙醇和其他中間產(chǎn)物，能夠直接進(jìn)入到反應(yīng)器中，再次進(jìn)行充分反應(yīng)，提高了原料的利用效率。
更進(jìn)一步的，碳酸甲乙酯氣液分離器的頂部和精餾段的頂部輸出的氣相氨和其他副產(chǎn)物通過(guò)第一冷凝器和第二冷凝器之后，氨氣被排放至氨水收集罐中，其他副產(chǎn)物則轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的溶液，重新進(jìn)入到精餾罐和/或反應(yīng)器中；使得最終排放的產(chǎn)物更加單一，降低了污染物的排放。
附圖說(shuō)明
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中：1為第一冷凝器；2為回流泵；3為第一氣液分離器；4為第二冷凝器；5為第二氣液分離器；6為反應(yīng)器；7為碳酸甲乙酯提餾加熱器；8為尿素提餾加熱器；9為精餾段；10為尿素提餾段；11為碳酸甲乙酯提餾段；12為預(yù)反應(yīng)器；13為預(yù)反應(yīng)氣液分離器；14為預(yù)反應(yīng)加熱器；15為碳酸甲乙酯冷凝器；16為碳酸甲乙酯氣液分離器；17為乙醇罐；18為原料罐；19為儲(chǔ)存罐；20為氨水收集罐。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述：
本實(shí)用新型提供了一種制備碳酸甲乙酯的裝置，如圖1所示，包括提餾塔，提餾塔包括精餾段9，精餾段9的下方設(shè)置有尿素提餾段10和碳酸甲乙酯提餾段11，其中尿素提餾段10和碳酸甲乙酯提餾段11為并列設(shè)置的；原料罐18、預(yù)反應(yīng)器12、預(yù)反應(yīng)加熱器14和反應(yīng)器6順序連接，且反應(yīng)器6連接在尿素提餾段10的上部位置，乙醇罐17與反應(yīng)器6連接；其中預(yù)反應(yīng)氣液分離器13的頂部與精餾段9的中部連接，預(yù)反應(yīng)氣液分離器13的底部連接至預(yù)反應(yīng)器12上；尿素提餾段10的底部連接至反應(yīng)器6上，尿素提餾段10的底部通過(guò)尿素提餾加熱器8連接在尿素提餾段10的中部位置處；碳酸甲乙酯提餾段11的底部連接至反應(yīng)器6上，碳酸甲乙酯提餾段11的底部還通過(guò)碳酸甲乙酯提餾加熱器7連接至碳酸甲乙酯提餾段11的中部位置上，精餾段9的底部連接至碳酸甲乙酯提餾段11的頂部，碳酸甲乙酯提餾段11的頂部還通過(guò)碳酸甲乙酯冷凝器15與碳酸甲乙酯氣液分離器16連接，碳酸甲乙酯氣液分離器16與儲(chǔ)存罐19連接；精餾段9的頂部和碳酸甲乙酯氣液分離器16的頂部均與第一冷凝器1連接，精餾段9的底部還與反應(yīng)器6連接；第一冷凝器1與第一氣液分離器3連接，第一氣液分離器3通過(guò)回流泵2與精餾段9的中部連接或與反應(yīng)器6連接；第一氣液分離器3的頂部通過(guò)第二冷凝器4與第二氣液分離器5連接，第二氣液分離器5連接至精餾段9的中部位置上；第二氣液分離器5的頂部與氨水收集罐20連接。
上述結(jié)構(gòu)中所述的連接均為管道連接方式，且圖1中箭頭方向表示溶液或氣相物質(zhì)的流向。
本實(shí)用新型的工作原理是：原料罐18中裝有尿素和甲醇溶液，原料罐18中的原料進(jìn)入到預(yù)反應(yīng)器12中，并且與預(yù)反應(yīng)器12中預(yù)先設(shè)置的催化劑反應(yīng)，生成氨和氨基甲酸甲酯以及其他副產(chǎn)物，同時(shí)將上述產(chǎn)物通過(guò)預(yù)反應(yīng)加熱器14加熱氣化后輸送至預(yù)反應(yīng)氣液分離器13中，預(yù)反應(yīng)氣液分離器13頂部的氨和甲醇輸送至精餾段9的中部，預(yù)反應(yīng)氣液分離器13底部的溶液進(jìn)入至反應(yīng)器6中；乙醇罐17向反應(yīng)器6中輸入乙醇，在反應(yīng)器6中進(jìn)行反應(yīng)，得到碳酸甲乙酯和副產(chǎn)物，副產(chǎn)物包括未反應(yīng)的甲醇、乙醇，以及中間產(chǎn)物碳酸二甲酯和碳酸二乙酯等。
反應(yīng)器6中得到的全部產(chǎn)物輸送至尿素提餾段10的頂部，此時(shí)大部分的產(chǎn)物被提餾至精餾段9的底部，尿素提餾段10底部的溶液一部分經(jīng)過(guò)尿素提餾加熱器8加熱氣化后輸送至尿素提餾段10的中部繼續(xù)提餾，其他的溶液則進(jìn)入到反應(yīng)器6中，再次重復(fù)利用。
提餾至精餾段9底部的反應(yīng)產(chǎn)物，經(jīng)過(guò)精餾之后，大部分的副產(chǎn)物被精餾至精餾段9的頂部，精餾段9的底部則為少量的副產(chǎn)物和碳酸甲乙酯溶液，精餾段9底部的溶液進(jìn)入到碳酸甲乙酯提餾段11的頂部。
在碳酸甲乙酯提餾段11中碳酸甲乙酯和少量輕組分以氣相方式進(jìn)入到碳酸甲乙酯冷凝器15中，經(jīng)過(guò)冷凝之后，再通過(guò)碳酸甲乙酯氣液分離器16將碳酸甲乙酯溶液輸送至儲(chǔ)存罐19中，同時(shí)碳酸甲乙酯提餾段11底部的溶液一部分經(jīng)過(guò)碳酸甲乙酯提餾加熱器7加熱氣化之后將少量遺留的碳酸甲乙酯再次提餾至碳酸甲乙酯冷凝器15中，碳酸甲乙酯提餾段11底部的部分溶液則再次輸送至反應(yīng)器6中，再次循環(huán)反應(yīng)。
同時(shí)，精餾段9頂部的氣相副產(chǎn)物，以及碳酸甲乙酯氣液分離器16分離出的氣相副產(chǎn)物，經(jīng)過(guò)第一冷凝器1冷凝器之后，進(jìn)入到第一氣液分離器3中，第一氣液分離器3分離得到氣相產(chǎn)物和液態(tài)溶液產(chǎn)物，其中氣相產(chǎn)物主要為氨氣，液態(tài)溶液為甲醇、乙醇等其他中間產(chǎn)物；第一氣液分離器3產(chǎn)生的氣相產(chǎn)物通過(guò)第二冷凝器4冷凝之后進(jìn)入第二氣液分離器5中，第一氣液分離器3產(chǎn)生的液態(tài)溶液則經(jīng)過(guò)回流泵2重新進(jìn)入到反應(yīng)器6中進(jìn)行反應(yīng)，或進(jìn)入到精餾段9中將其中存在的少許碳酸甲乙酯再次提餾；第二氣液分離器5得到的產(chǎn)物為氨氣和副產(chǎn)物溶液，副產(chǎn)物溶液包括甲醇、乙醇和其他副產(chǎn)物，同時(shí)將氨氣輸送至氨氣收集管20中將副產(chǎn)物溶液輸送至精餾段9的中部。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明做任何限制，凡是根據(jù)發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。