CN1036648C - 连续催化精馏生产醋酸正丁酯的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明是一种醋酸正丁酯的生产方法及设备，其特点是将醋酸和正丁醇在一个反应精馏塔中一次反应精馏得到95-98%的醋酸正丁醋，其设备包括装有列管冷凝器和两段固体酸催化填料层的反应精馏塔及再沸器、冷凝冷却器、分相器等，本发明的方法比传统硫酸法生产能力提高两倍以上，而且提高了醋酸转化率和减少了加热蒸汽用量，减轻了设备的腐蚀。

Description

连续催化精馏生产醋酸正丁酯的方法及设备

本发明涉及一种醋酸正丁酯的生产方法，特别是采用连续催化反应精馏生产醋酸正丁酯的方法及设备。

醋酸正丁酯是化学工业的基本有机化工原料，它广泛地应用于涂料、香料、有机合成中间体和作为多种有机化合物的溶剂。现有醋酸正丁酯的生产方法大多使用硫酸作催化剂，采用间歇操作生产，这种方法的缺点是：一、由于采用间歇操作，设备的产生能力低；二、用硫酸作催化剂严重腐蚀设备，从产品中分离催化剂需用碱中和，催化剂不能重复使用；三、硫酸有较强的氧化性，生产过程副反应多。为了克服硫酸法的缺点，近年来有人研究了利用固体酸作催化剂生产醋酸丁酯的方法，如《日用化学工业》89年第2期公开了以冰醋酸、丁醇和732树脂及D72树脂液相催化反应制取醋酸丁酯，但这种方法反应和精馏不是在同一个设备中进行的，而且反应时丁醇需要过量较多，造成反应后丁醇分离困难，并部分溶于水中排放掉而造成浪费。

本发明的目的是提供一种以固体酸为催化剂，使醋酸和正丁醇在一个塔内反应并精馏得到醋酸正丁酯的方法及设备，它不仅可以克服硫酸对设备造成的腐蚀，减少副反应，而且提高了设备的生产能力和延长了催化剂的使用寿命。

本发明是这样实现的：将固体酸催化剂制成填充反应精馏塔的催化填料，原料醋酸和正丁醇从塔的中上部进料口加入，在催化剂填料层一边反应，一边蒸馏，反应生成的醋酸正丁酯产品从塔底排出，其产品含量为95-98.5％，未反应的物料从塔顶出来分相再返回系统。具体工艺过程为：醋酸和正丁醇以1∶0.9～1∶1.5的体积流量比计量，与从分相器出来的有机相按有机相与原料体积流量比0.4∶1～2∶1混合，经预热进入反应精馏塔的进料段，大部分原料在第二段催化填料层反应，醋酸正丁酯从塔底流出，少部分气化的原料在第一段催化填料层反应，经列管冷凝器冷凝，反应生成的水和少量醋酸正丁酯及醋酸、正丁醇回流一部分后从塔顶出来，经冷凝冷却器冷却后分相，水份排掉，有机相和原料混合后经预热送回反应精馏塔反应。

根据上述方法采用的设备有两段催化填料层的反应精馏塔，反应精馏塔上方有冷凝冷却器、分相器、原料加热器和高位槽混合器等。

以下是反应工艺流程及设备

本发明的化学反应是可逆反应，需要在酸催化下进行反应：

目前大多数工厂采用硫酸催化反应，设备腐蚀十分严重，经本发明人筛选，选择的固体酸优选为110℃以上的聚苯乙烯系列强酸型阳离子交换树脂，它对醋酸的转化率可达92％以上，在放入塔前必须将催化剂放在不锈钢网或玻璃纤维布上，卷成与塔径相同大小的圆柱体或若干卷小圆柱，分成两段装入塔中，第一段放在原料进口段和塔顶的列管式冷凝器之间，第二段放在原料进口段以下。

本发明的主要设备为反应蒸馏塔，它是一个圆柱状容器，塔的上部为列管式冷凝器，其作用是将反应得到的产物部分冷凝下来，它的结构是蒸汽走管内，冷却水走管间，列管式冷凝器下方是第一段催化填料层，然后是进料段，进料段以下是第二段催化填料层(第二段催化填料层也可以分成二层或三层)，塔底装有产品出口管和再沸器入口管。

附属设备有冷凝冷却器、分相器、原料加热器，再沸器和高位槽混合器，其中塔顶出口管通到冷凝冷却器(其作用是将未反应的丁醇、醋酸和反应生成的水及少量醋酸正丁酯冷凝冷却下来)，冷凝冷却器的出口为分相器，分相器的底部为水相出口，上层为有机相出口，有机相出口经计量和原料混合并预热后返回塔进料口。

本发明的设备与现有精馏设备的区别之处在于塔顶出口并不立即流到塔内，而且先冷凝冷却及分相后与原料混合进入塔内。

工艺条件的决定：

根据反应物系，查《化学手册》，各物质的沸点如下：

水：        100℃

醋酸：      118℃

正丁醇：    117.7℃

醋酸正丁醇：126.3℃

所以，我们选择进料口物料温度为103-115℃，塔顶列管冷凝器出口温度为90-110℃，塔底产品出口温度为120-130℃，冷凝冷却器出口物料温度为20-60℃。

固体酸催化填料层填量根据产量计算，但第一段和第二段装填比例为1∶2.5～1∶6。

有机相与原料的体积流量为0.4∶1～2∶1，醋酸与正丁醇的摩尔比为1∶0.9～1∶1.5。

本发明与现有硫酸催化法相比，生产能力可提高两倍以上，醋酸的转化率可提高1％-3％，加热蒸汽可减少10％-30％，介质对设备的腐蚀大为减轻。

以下结合附图描述本发明的工艺流程和设备结构：

图中，原料醋酸和正丁醇在高位槽1经计量后与分相器12的出口管14中出来的丁醇、醋酸等有机液体混合后，经预热器2进入反应精馏塔4的进料段3，物料在流到第二段催化剂填料层5反应的过程中，被塔底再沸器7出来的高温有机蒸汽加热，低沸点的醋酸、丁醇和水蒸汽，在二段催化填料5和8中继续反应，生成的醋酸正丁酯在列管冷凝器9中冷凝下来流到塔底从管道6中排出；水和未反应的醋酸、丁醇及少量的醋酸正丁酯，则从塔顶管道10进入冷凝冷却器11，冷至60℃以下，然后从底部出来进入分相器12，水的比重较大从分相器底部管道13排出，有机物比重小从上部排出通过管道14与高位槽1来的原料混合，通过预热器2然后进入反应精馏塔进料段3。

本发明的实施例：

实施例一、反应精馏塔直径为0.3米，总高5米，其中进料段为0.5米，第一段催化填料层0.5米，第二段催化填料层3米，催化剂采用耐温110℃以上的聚苯乙烯系列强酸阳离子交换树脂，用不锈钢网做成的圆柱体装在塔内，醋酸和正丁酯的摩尔比按1∶1.2，分相器出口有机相与原料体积流量比为0.8∶1，通过预热器2进入塔内，塔底温度保持120-130℃，进料段温度保持100-110℃，列管式冷凝器出口温度为90-110℃，反应得到的醋酸正丁酯含量为96-97％。

实施例二、反应塔直径0.4米，塔高6.5米，第一段催化填料层1米，第二段催化填料层4米，催化剂与实施例一相同，高位槽中醋酸与正丁酯的比例按1∶1.0，有机相与原料的体积流量比为1∶1，塔底温度为120-130℃，进料段温度保持103-115℃，列管式冷凝器9出口温度为90-110℃，反应得到的醋酸正丁酯含量为95-97％。

Claims (5)

1.一种醋酸正丁酯的生产方法，是在固体酸催化剂作用下，醋酸和正丁醇液相催化生成醋酸正丁酯，其特征在于：醋酸和正丁醇在反应精馏塔(4)内以连续反应精馏的形式进行，醋酸正丁酯从反应精馏塔底部流出，未反应的有机相从塔顶出来经分相器(12)分离水份后与原料混合返回系统，具体工艺过程为醋酸和正丁醇以1∶0.9～1∶1.5的体积流量比计量，与从分相器(12)出来的有机相按有机相与原料体积流量比0.4∶1～2.0∶1.0混合，经预热进入反应精馏塔的进料段(3)，大部分原料在第二段催化填料层(5)反应，醋酸正丁酯从塔底流出，少部分气化的原料在第一段催化填料层(8)反应，经列管冷凝器(9)冷凝，反应生成的水和少量醋酸正丁酯及醋酸、正丁醇回流一部分后从塔顶出来，经冷凝冷却器(11)冷却后分相，水份排掉，有机相和原料混合后送回反应精馏塔反应。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于列管冷凝器(9)的汽相出口温度为90-110℃，反应精馏塔(4)底部出料的温度为120℃-130℃。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于固体酸催化剂为耐温110℃以上的聚苯乙烯系列强酸型离子交换树脂。

4.权利要求1所述的方法所需设备，其特征在于反应精馏塔(4)包括装在塔上端的列管式冷凝器(9)、在冷凝器(9)下方的第一段催化填料层(8)、进料段(3)以及第二段催化填料层(5)，第一段和第二段催化剂装填比例为1∶2.5～1∶6，反应精馏塔(4)顶部接有冷凝冷却器(11)，冷凝冷却器(11)出口接分相器(12)，分相器(12)接到高位槽(1)与预热器(2)之间，塔底与再沸器(7)相连。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于催化填料层(8)和(5)为不锈钢网或玻璃纤维网做成的圆柱体，里面装入固体酸催化剂。

Images