CN101362692A - 一种生产三氟乙酸异丙酯的工艺方法及装置 - Google Patents

一种生产三氟乙酸异丙酯的工艺方法及装置 Download PDF

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周辉
李军
郭晓燕
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本发明涉及一种利用反应精馏隔壁塔生产三氟乙酸异丙酯的工艺方法及装置。反应精馏隔壁塔是在常规精馏塔内垂直方向上设置一块从塔底延伸到塔中部的隔壁，隔壁底端封闭，全塔共分四个区域：公共精馏段(7)，反应段(8)，侧线段(9)，提馏段(10)。异丙醇与三氟乙酸在反应段(8)逆流接触进行酯化反应，塔顶获得产品三氟乙酸异丙酯，侧线段(9)塔底排出液相与物流(2、20)混合进行循环利用，提馏段(10)塔底排出液相进入精馏塔(17)进行分离，塔底排出废水，塔顶馏出物与物流(2、14)混合进行循环利用。本发明充分发挥了隔壁塔与反应精馏的优势，简化了流程，降低了能耗和操作费用。

Description

一种生产三氟乙酸异丙酯的工艺方法及装置
技术领域
本发明涉及一种反应精馏工艺方法及装置，具体是指一种利用反应精馏隔壁塔生产三氟乙酸异丙酯的工艺方法及装置。
背景技术
三氟乙酸异丙酯是有机合成的基础物质，是精细化工的中间体，广泛被用于药物的生产、农药的合成、液晶、以及染料和化学工业品，还广泛的被用作有机溶剂。目前生产三氟乙酸异丙酯的工艺公开的专利有US4916256、US5405991、US4701551、US6278015等。
其中专利US4916256提供了一种利用三氟乙酸氯和异丙醇反应制取三氟乙酸异丙酯的工艺方法，但是该方法要求三氟乙酸氯过量，而三氟乙酸氯比较贵并且有毒，因此经济性不高，环保也有一定限制。另外该专利对于产品三氟乙酸异丙酯的分离要求在低于-30℃的条件下进行，增加了分离的难度。
专利US5405991提供了一种利用三氟乙酸氯和异丙醇或者三氟乙酸溴和异丙醇反应制取三氟乙酸异丙酯的工艺方法，但是该方法要求用碱金属盐或者络合离子作为催化剂，并且是在无水的状态下进行，客观上增加了对反应物的限制。
专利US4701551提供了一种利用三氟乙酸和异丙醇制取三氟乙酸异丙酯的工艺方法，尽管该方法对于产品的分离不需要进行精馏分离，而是用倾析法，但是该方法要求用氢氟酸作催化剂，而氢氟酸毒性、腐蚀性都很大，不利于操作，更不利于环保。
专利US6278015在以上专利的基础上摒弃了催化剂的使用，但还是用三氟乙酸氯和异丙醇反应，由于三氟乙酸氯在三氟乙酸异丙酯中的溶解度很大，不利于分离，而且三氟乙酸氯毒性很大，不利于环保。
本专利利用三氟乙酸和异丙醇在反应精馏隔壁塔内生成三氟乙酸异丙酯，一方面异丙醇过量，三氟乙酸反应的转化率较高，可有效地降低有毒物质三氟乙酸的扩散，有利于环保；另一方面反应精馏隔壁塔比常规的反应精馏流程省去了一个精馏塔和一个冷凝器，降低了设备投资，而且反应放出的热量可有效的被精馏分离过程利用，热力学效率较高，可有效的降低能耗。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用反应精馏隔壁塔生产三氟乙酸异丙酯的工艺方法及装置。本发明可以直接得到高纯度的三氟乙酸异丙酯，简化了一般常规反应精馏流程，而且有效地提高了反应转化率、降低了能耗和设备投资。
本发明所采用的装置为反应精馏隔壁塔(4)、冷凝器(5、18)、再沸器(12、13、19)、精馏塔(17)、混合器(16)及其他辅助设备。其中反应精馏隔壁塔(4)是在常规精馏塔内垂直方向上设置一块从塔中部延伸到塔底部的隔壁(11)，隔壁(11)下端与塔底封闭，从而反应精馏隔壁塔(4)可分为四个区域:公共精馏段(7)；反应段(8)；侧线段(9)，提馏段(10)。隔壁(11)为中心或偏心设置，反应段(8)与侧线段(9)的横截面积比为1:1～3:1。
本发明所述的工艺方法为：含有三氟乙酸水溶液的物流(1)由反应段(8)顶部进料，新鲜的异丙醇(2)与循环利用的异丙醇(14、20)混合后从反应段(8)的底部进入，异丙醇与三氟乙酸在反应段(8)逆流接触进行酯化反应，反应精馏隔壁塔(4)塔顶获得产品三氟乙酸异丙酯，侧线段(9)塔底排出液相与物流(2)混合进行循环利用，提馏段(10)塔底排出液相进入精馏塔(17)进行分离处理，塔底排出废水，塔顶馏出与物流(2、14)混合进行循环利用。
本发明在操作过程中，物流(3)中的异丙醇与物流(1)中的三氟乙酸的摩尔比为1:1～20:1。对于反应精馏隔壁塔(4)，塔顶温度为60～80℃，提馏段(10)塔底温度为70～90℃，侧线(9)塔底温度为70～90℃，反应精馏隔壁塔(4)操作压力为0.05～0.5MPa；对于精馏塔(17)，塔顶温度为70～90℃，塔底温度为90～110℃，操作压力为0.05～0.2MPa。本发明中三氟乙酸异丙酯产品质量分数在97％以上，异丙醇循环利用，有效地降低了能耗，并能节省设备投资。
附图说明
图1：三氟乙酸异丙酯的反应精馏隔壁塔流程示意图
其中，1 为三氟乙酸水溶液进料，2 为异丙醇新鲜进料，3 为物流2、14、20混合后的物流，4 为反应精馏隔壁塔，5、18 为冷凝器，12、13、19 为再沸器，7 为公共精馏段，8 为反应段，9 为侧线段，10 为提馏段，11 为隔壁，14、20 为循环物流，15为从提留段排出进入精馏塔17的物流，16 为混合器，17 为精馏塔，21 为废水排出物流。
具体实施方案
下面结合附图及实施例子，对本发明装置及工艺作进一步说明，但是本发明不受实施例的局限。
如图1所示，本发明所用的反应精馏装置主要包括反应精馏隔壁塔(4)、冷凝器(5、18)、再沸器(12、13、19)、精馏塔(17)、混合器(16)及其它辅助设备。其中反应精馏隔壁塔(4)被分成四个区域:公共精馏段(7)，用于除去异丙醇和水，在塔顶得到质量分数达到97％以上的三氟乙酸异丙酯产品；反应段(8)，在其中发生酯化反应；侧线段(9)，用于除去少量反应产物三氟乙酸异丙酯；提馏段(10)，用于除去物流(15)中的反应物和反应产物，物流(15)进入精馏塔(17)进行处理。隔壁(11)为中心或偏心设置，使反应段(8)与侧线段(9)的横截面积比为1:1～3:1。
本发明所述的工艺方法为：含有三氟乙酸水溶液的物流(1)从反应段(8)顶部进料，新鲜的异丙醇(2)与循环利用的异丙醇(14、20)混合后从反应段(8)的底部进入，物流(2)可以是纯异丙醇，也可以是含有少量水或杂质的粗异丙醇，物流(3)中的异丙醇与物流(1)中的三氟乙酸的摩尔比在1:1～20:1，在反应段(8)中逆流接触进行酯化反应生成三氟乙酸异丙酯，反应精馏隔壁塔(4)塔顶获得产品三氟乙酸异丙酯，侧线段(9)塔底排出液相与物流(2)混合进行循环利用，提馏段(10)塔底排出液相进入精馏塔(17)进行分离处理，塔底排出废水，塔顶馏出与物流(2、14)混合进行循环利用。
本发明中塔顶三氟乙酸异丙酯的质量分数达97％以上，达到同样三氟乙酸转化率及产品分离要求比常规反应精馏流程节省设备投资和操作费用。
本发明可以通过以下实施例子说明：
实例1：如图1所示，采用本发明装置及工艺，用三氟乙酸水溶液与异丙醇反应生产三氟乙酸异丙酯，过量的异丙醇可以循环利用。
操作条件及结果如下：
反应精馏隔壁塔(4)的塔径：600mm
反应精馏隔壁塔(4)的塔高：15000mm
公共精馏段(7)、反应段(8)、侧线段(9)、提馏段(10)、精馏塔(17)的实际板数分别为：20、14、16、4、20。
三氟乙酸的转化率为：96.4％
反应段(8)与侧线段(9)横截面积比为：2.4:1
反应精馏隔壁塔(4)塔顶温度：73.0℃
提馏段(10)塔底温度：86.9℃
侧线段(9)塔底温度：80.3℃
反应精馏隔壁塔(4)的操作压力：0.07Mpa
精馏塔(17)塔顶温度：84.2℃
精馏塔(17)塔底温度：99.6℃
精馏塔(17)的操作压力：0.1MPa
各物流流量及组成如表1。
表1 实例1各物流质量流量及各组分质量分数
 
采出/进料部位 质量流量/(kg/h) 三氟乙酸/％ 异丙醇/％ 三氟乙酸异丙酯/％ 水/％
三氟乙酸水溶液进料(1)异丙醇进料(2)三氟乙酸异丙酯产品物流(6)废水(21) 363.6510.0024.00348.65 5.000.000.020.05 0.00100.000.190.00 0.000.0099.790.00 95.000.000.0099.95
实例2：如图1所示流程，改变三氟乙酸水溶液中三氟乙酸的质量浓度，增大异丙醇的进料量，过量的异丙醇循环利用。
操作条件及结果如下：
反应精馏隔壁塔(4)的塔径：600mm
反应精馏隔壁塔(4)的塔高：14000mm
公共精馏段(7)、反应段(8)、侧线段(9)、提馏段(10)的填料高度分别为：5000mm、3000mm、4000mm、1000mm。
三氟乙酸的转化率为：98.6％
反应段(8)与侧线段(9)横截面积比为：2.8:1，
塔顶温度：76.3℃
提馏段(10)塔底温度：86.9℃
侧线段(9)塔底温度：80.3℃
反应精馏隔壁塔(4)的操作压力：0.1Mpa
精馏塔(17)塔顶温度：85.3℃
精馏塔(17)塔底温度：99.8℃
精馏塔(17)的操作压力：0.4MPa
各物流流量及组成如表2所示。
表2 实例2各物流质量流量及各组分质量分数
 
采出/进料部位 质量流量/(kg/h) 三氟乙酸/％ 异丙醇/％ 三氟乙酸异丙酯/％ 水/％
三氟乙酸水溶液进料(1)异丙醇进料(2)三氟乙酸异丙酯产品物流(6)废水(21) 363.6560.00151.78271.87 30.000.000.820.08 0.00100.002.160.00 0.000.0097.020.00 70.000.000.0099.92
实例3：如图1所示工艺流程，改变三氟乙酸水溶液中三氟乙酸的质量浓度，增加异丙醇的进料量，过量的异丙醇循环利用。
操作条件及结果如下：
反应精馏隔壁塔(4)的塔径：600mm
反应精馏隔壁塔(4)的塔高：14000mm
公共精馏段(7)、反应段(8)、侧线段(9)、提馏段(10)的填料高度分别为：5000mm、3000mm、4000mm、1000mm。
三氟乙酸的转化率为：99.2％
反应段(8)与侧线段(9)横截面积比为：3.2:1
进入反应段(8)与侧线段(9)的液相质量之比：2.5:1
塔顶温度：75.0℃
提馏段(10)塔底温度：86.7℃
侧线段(9)塔底温度：80.3℃
反应精馏隔壁塔(4)的操作压力：0.3Mpa
精馏塔(17)塔顶温度：83.9℃
精馏塔(17)塔底温度：99.5℃
精馏塔(17)的操作压力：0.2MPa
各物流流量及组成如表3。
表3 实例3各物流质量流量及各组分质量分数
 
采出/进料部位 质量流量/(kg/h) 三氟乙酸/％ 异丙醇/％ 三氟乙酸异丙酯/％ 水/％
三氟乙酸水溶液进料(1)异丙醇进料(2)三氟乙酸异丙酯产品物流(6)废水(21) 363.65135.00349.33149.32 70.000.000.550.03 0.00100.000.540.00 0.000.0098.910.00 30.000.000.0099.97

Claims (7)

1.一种生产三氟乙酸异丙酯的装置，包括反应精馏隔壁塔(4)、冷凝器(5、18)、再沸器(12、13、19)、精馏塔(17)、混合器(16)及其它辅助设备。反应精馏隔壁塔(4)内部设置一块垂直隔壁(11)，隔壁(11)从塔的中部延伸到塔的底部，隔壁(11)下端与塔底封闭。隔壁(11)将反应精馏隔壁塔(4)塔内空间分为四个区域：公共精馏段(7)，反应段(8)，侧线段(9)，提馏段(10)。
2.如权利要求1中所述的装置，隔壁(11)为中心或偏心设置，使反应段(8)与侧线段(9)的横截面积比为1:1～3:1。
3.如权利要求1中所述的装置，其特征是反应精馏隔壁塔(4)、精馏塔(17)可以是板式塔、填料塔或者两者的任意组合。
4.一种三氟乙酸异丙酯的生产工艺方法，其特征是在如权利要求1中所述的反应精馏隔壁塔(4)内合成三氟乙酸异丙酯并进行分离，具体过程如下：
a)含有三氟乙酸的物流(1)与含异丙醇的物流(3)分别从反应段(8)顶部和底部进入，在反应段(8)中逆流接触进行酯化反应，生成三氟乙酸异丙酯。
b)在反应精馏隔壁塔(4)塔顶获得产品三氟乙酸异丙酯，在提馏段(10)的底部排出的液相物流(15)进入精馏塔(17)进行处理，精馏塔(17)底部排出废水，精馏塔(17)塔顶馏出直接与物流(2，14)混合进行循环利用。
c)隔壁(11)顶部的液相按一定的比例分别进入反应段(8)和侧线段(9)。从侧线段(9)底部排出的液体(14)中还含有大量的异丙醇，使其与新鲜进料的异丙醇(2)混合，直接进行循环利用。
5.按权利要求4中所述工艺方法，物流(3)中的异丙醇与物流(1)中的三氟乙酸的摩尔比为1:1～20:1。
6.如权利要求1、4所述的工艺方法及装置，反应精馏隔壁塔(4)的操作压力为0.05～0.5MPa，塔顶温度为60～80℃，提馏段(10)塔底温度为70～90℃，侧线段(9)塔底温度为70～90℃。
7.如权利要求1、4所述的工艺方法及装置，精馏塔(17)的操作压力为0.05～0.5MPa，塔顶温度为70～90℃，塔底温度为90～100℃。
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