CN104402717A - 醋酸乙酯生产过程中的酯化塔中部分水工艺及其装置 - Google Patents

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段红宇
戴小卉
邵守言
包珍燕
唐丽
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Abstract

本发明涉及醋酸乙酯生产过程中的酯化塔中部分水工艺及其装置，是在酯化塔中部增设分水塔节和分水视筒，增设的分水塔节包括导液槽、集液分相器，集液分相器出口与分水视筒的顶部进口相连。在反应釜中加入带水物质醋酸正丁酯，与反应釜内水份形成含水量高的NBA-H2O二元共沸物；共沸物以气相进入酯化塔内，与塔内下降液体进行物质交换和温度交换；酯化塔内含有NBA-H2O二元共沸物的液体经过导液槽汇入到集液分相器四周的集液槽中，再经集液分相器出口流至分水视筒中，分水视筒中的物料分层为塔中有机相和塔中水相两层，塔中水相排入废水回水系统，大幅度提高移出水份的效率，降低反应设备负荷、降低生产能耗。

Description

醋酸乙酯生产过程中的酯化塔中部分水工艺及其装置
技术领域
本发明涉及一种酯化法生产醋酸乙酯过程中的酯化塔中部(以下简称“塔中”)分水方法，属于合成工艺技术领域。
背景技术
醋酸乙酯(EA，C4H8O2)是醋酸的一种重要的下游产品，具有优异的溶解性、快干性，在工业中主要用于生产涂料、粘合剂、乙基纤维素、人造革、油毡着色剂以及人造纤维等的溶剂，同时在印刷、医药、香精、香料的生产过程中也有广泛使用。
醋酸乙酯的生产方法主要有醋酸酯化法、乙醛缩合法、乙醇脱氢法和醋酸/乙烯加成法。我国的醋酸乙酯生产方法主要采用醋酸酯化法，该方法采用醋酸和乙醇在加热条件下催化反应，生成含有酯、醇、水三元共沸物的粗酯。
由醋酸和乙醇生产醋酸乙酯反应式为：
CH3COOH+CH3CH2OH→CH3COOCH2CH3+H2O
此反应为可逆反应。为使反应能连续进行，必须将产物醋酸乙酯和水移出反应系统。在酯化塔顶部(以下简称“塔顶”)精馏移出醋酸乙酯时，主要利用形成EA-H2O-AL三元共沸物(醋酸乙酯含量82.60wt％，乙醇含量8.40wt％，水含量9.00wt％)，由此可见，移出醋酸乙酯的同时，系统中移出的水却很少。三元共沸物蒸汽冷却后分层，分层后的塔顶有机相(为和本发明中提到的“塔中有机相”相区别，“塔顶有机相”以下简称“中间粗酯”)(25℃时，醋酸乙酯含量89.54wt％，乙醇含量4.29wt％，水含量6.19wt％)中醋酸乙酯含量较高，水含量较三元共沸物低约3wt％，水含量差距不大。传统生产工艺利用此中间粗酯由酯化塔顶部回流至反应系统将反应釜内过多的水移出，但必须有很大的回流比才能将反应生成的水完全移出，导致单套设备负荷低、生产能耗很高。
发明内容
为了解决现有技术存在的移除水份效率低，造成反应设备负荷低、生产能耗高的问题，本发明提供了一种醋酸乙酯生产过程中的酯化塔中部分水工艺，在保留传统工艺塔顶分水工艺的基础上，新增的塔中分水方法，可以大幅度提高移出水份的效率，降低反应设备负荷、降低生产能耗。
本发明还提供了一种醋酸乙酯生产过程中的酯化塔中部分水装置。
本发明提供的技术方案为：
一种醋酸乙酯生产过程中的酯化塔中部分水装置，主要由酯化再沸器、反应釜、酯化塔、酯化塔顶冷凝器、酯化塔顶冷却器、酯化塔回流泵、酯化塔分离器组成，酯化再沸器顶部出口与反应釜底部进口相连，反应釜顶部出口经捕集器与酯化塔进口相连，酯化塔顶部出口与酯化塔顶冷凝器进口相连，其特征在于在酯化塔中部增设塔中分水塔节和塔中分水视筒，塔中分水塔节与塔中分水视筒通过管线相连。
具体而言，塔中分水塔节由导液槽、集液分相器组成，集液分相器中部设置有一个中部回流口，集液分相器出口与增设的塔中分水视筒顶部进口相连。并且，在增设的塔中分水塔节上方设有温度测量装置，用于测量塔中气相温度。
一种醋酸乙酯生产过程中的酯化塔中部分水工艺，反应釜中过量的醋酸与乙醇在催化剂硫酸的作用下加热进行酯化反应，在反应釜中额外加入带水物质-醋酸正丁酯(NBA)，醋酸正丁酯与反应釜内水份形成NBA-H2O二元共沸物，其水含量在27wt％左右，远远高于现有工艺生成的EA-H2O-AL共沸物9wt％的水含量，此NBA-H2O二元共沸物以气相进入酯化塔内，与塔内下降液体进行物质交换和温度交换；上半截酯化塔内下降的含有NBA-H2O二元共沸物的液体经过导液槽汇入到集液分相器四周的集液槽中，再经集液分相器下部分水出口流至增设的塔中分水视筒中，塔中分水视筒中的物料分为塔中有机相(水含量约6wt％)和塔中水相两层，其中，下层塔中水相排入废水回水系统。
反应后生成的酯、水、醇共沸物经过酯化塔顶冷凝器、酯化塔顶冷却器后进入酯化塔分离器，分离为塔顶有机相(即“中间粗酯”)和塔顶水相两层。塔顶水相连续排入废水工序；所有的中间粗酯除一部分用于塔顶、塔中回流外，其余引入到后续工序提纯为成品酯。
和塔顶分水视筒的操作一样，通过控制该塔中分水视筒中NBA-H2O二元共沸物冷却分层后的分相界面位置来调节酯化塔中部的分水量。NBA-H2O二元共沸物冷却分层的最佳温度为75℃，在保留原有酯化塔中下部温度的基础上，在酯化塔上选取最接近75℃的位置来确定集液分相器的最佳安装位置，偏高偏低均会影响NBA-H2O二元共沸物的冷却分层效果，最终影响酯化塔中分水效果。此最佳分层温度通过新增的酯化塔中气相温度来反映，位于原有的酯化塔中下部温度的上方，两温度点统称为酯化塔中部温度。为了进一步确保新增的酯化塔中气相温度的平稳可控，在原有酯化塔顶回流的基础上，通过集液分相器中部的回流口新增了一股小流量酯化塔中回流。在酯化塔顶、塔中两股回流的共同作用，将酯化塔中部温度(包括酯化塔中下部温度、酯化塔塔中气相温度)控制平稳。在醋酸正丁酯的作用下，系统中部分水经酯化塔中部集液分相器分相后，连续排入废水工序。
有益效果：
1.在保留酯化塔顶部分水工艺的基础上，在反应釜(酯化釜)加入带水物质(醋酸正丁酯，首次原料总投入量的15％-20％)，在醋酸正丁酯的作用下，将系统中部分水经酯化塔中部的集液分相器分相后，连续排入废水工序，从而大幅度提高移出水份的效率，降低反应设备负荷、降低生产能耗。
2.本申请仅在酯化塔中部增加导液槽、集液分相器和酯化塔中部分水视筒；酯化塔内填料采用450Y轻质强化瓷规整填料，共4层；塔内分布器为卧式，共4个。后续工序不变。
3.酯化塔中部醋酸正丁酯带出的水相成份对比：
本发明 传统工艺
醋酸乙酯wt％ ＜4.2 7.85
乙醇wt％ 0.2 14.53
水wt％ 95～96 77.62
醋酸正丁酯wt％ 未明显检出 --
本发明塔中水相中醋酸乙酯和乙醇含量较小，故醋酸乙酯和乙醇回收量较传统工艺大幅减少，回收工序负荷、能耗相应降低。带出塔中水相中醋酸正丁酯未明显检出，表明醋酸正丁酯消耗少，可反复使用。
4.酯化塔回流比对比：
本发明 传统工艺
酯化塔塔顶回流比 1.2～1.8 4～6
酯化塔中部回流比 0.5 --
总回流比 1.7～2.3 4～6
可见，本发现大幅度降低了酯化塔回流比，从而有很好地节能效果。
附图说明
图1是本发明醋酸乙酯生产过程中的酯化塔中部分水装置的结构示意图。
图中1为反应釜，2为酯化塔，3为塔中分水视筒，4为捕集器，5为酯化再沸器，6为塔中分水塔节，7为酯化塔顶冷凝器，8为酯化塔顶冷却器，9为酯化塔回流泵，10为塔顶分水视筒，11为酯化塔分离器，12为粗酯槽。
图2是本发明酯化塔的结构示意图。
图中13为分布器，14为填料，15为酯化塔中部回流进料口，16为酯化塔进气口，17为酯化塔出气口，18为酯化塔顶回流口，19为集液分相器，20为导液槽，21为塔中分水出口，22为酯化塔底回流液出口，23为酯化塔顶温温度计接口，24为气相温度温度计接口，25为酯化塔中下部温度温度计接口。
具体实施方式
以下将结合附图具体说明本发明的实施方式。
实施例1
一种醋酸乙酯生产过程中的酯化塔中部分水方法，原料醋酸、乙醇连续泵入酯化再沸器5，经酯化再沸器5加热后由反应釜1底部进入反应釜1，过量的醋酸与乙醇在催化剂硫酸的作用下加热进行反应；按照首次原料投入量的15％-20％在反应釜1中加入带水物质(醋酸正丁酯)；在醋酸正丁酯的作用下，系统中部分水经集液分相器19、塔中分水视筒3后，连续排入废水工序；反应生成的乙酯、水与乙醇形成共沸物，经由酯化塔出气口17、酯化塔顶冷凝器7、酯化塔顶冷却器8进入酯化塔分离器11分相，分为上层中间粗酯和下层塔顶水相。塔顶水相连续排入废水工序；中间粗酯除一部分用于酯化塔顶、塔中回流外，其余全部泵入后续工序提纯为成品酯。
因为反应系统中醋酸是过量的，所以生产负荷以乙醇的进料量来计。所述乙醇进料量为7000L/h，酯化塔顶、塔中合计排水量约为2080L/h；取中间粗酯样分析，其中醋酸乙酯所占质量分数为88％、乙醇所占质量分数为3％、水所占质量分数为8％、乙酸所占质量分数为20ppm，醋酸正丁酯未检出。而采用传统工艺，仅仅依靠酯化顶部分水，乙醇进料量最高为2200L/h；中间粗酯，其中醋酸乙酯所占质量分数为81％、乙醇所占质量分数为5％、水所占质量分数为9％、乙酸所占质量分数为5％，不仅负荷低、反应效果差，乙酸含量远远高于新工艺，而醋酸乙酯国标中酸的指标为≤40ppm，给后续提纯工序增加了压力。

Claims (8)

1.醋酸乙酯生产过程中的酯化塔中部分水装置，主要由酯化再沸器、反应釜、酯化塔、酯化塔顶冷凝器、酯化塔顶冷却器、酯化塔回流泵、酯化塔分离器组成，酯化再沸器顶部出口与反应釜底部进口相连，反应釜顶部出口经捕集器与酯化塔进口相连，酯化塔顶部出口与酯化塔顶冷凝器进口相连，其特征在于在酯化塔中部增设塔中分水塔节和塔中分水视筒，塔中分水塔节由导液槽、集液分相器组成，集液分相器出口与增设的塔中分水视筒的顶部进口相连。
2.根据权利要求1所述的醋酸乙酯生产过程中的酯化塔中部分水装置，其特征在于在增设的塔中分水塔节上方设有温度测量装置。
3.根据权利要求1所述的醋酸乙酯生产过程中的酯化塔中部分水装置，其特征在于在集液分相器中部设置有一个回流口。
4.根据权利要求1所述的醋酸乙酯生产过程中的酯化塔中部分水装置，其特征在于集液分相器的位置是接近NBA-H2O二元共沸物冷却分层的最佳温度点的位置。
5.基于权利1所述的醋酸乙酯生产过程中的酯化塔中部分水装置的分水工艺，其特征在于：
(1)在反应釜中额外加入带水物质-醋酸正丁酯，醋酸正丁酯与反应釜内水份形成比EA-H2O-AL三元共沸物水含量高的NBA-H2O二元共沸物；
(2)生成的NBA-H2O二元共沸物以气相进入酯化塔内，与塔内下降液体进行物质交换和温度交换；上半截酯化塔内下降的含有NBA-H2O二元共沸物的液体经过导液槽汇入到集液分相器四周的集液槽中，再经集液分相器下部分水出口流至增设的塔中分水视筒中，塔中分水视筒中的物料分层为塔中有机相和塔中水相两层，其中，下层塔中水相排入废水回水系统。
6.根据权利5所述的醋酸乙酯生产过程中的酯化塔中部分水工艺，其特征在于：步骤(2)中通过控制增设的塔中分水视筒中NBA-H2O二元共沸物冷却分层后分相界面的位置来调节酯化塔中部的分水量。
7.根据权利6所述的醋酸乙酯生产过程中的酯化塔中部分水工艺，其特征在于NBA-H2O二元共沸物冷却分层效果最佳的位置是酯化塔温度梯度分布中温度为75℃的位置。
8.根据权利7所述的醋酸乙酯生产过程中的酯化塔中部分水工艺，其特征在于集液分相器中部的回流口新增了一股小流量酯化塔中回流。
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