CN111100005B - 利用隔板塔分离精制丁酸丁酯的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用隔板塔分离精制丁酸丁酯的工艺方法，在丁酸丁酯精馏塔本体中部设置隔板，隔板将丁酸丁酯精馏塔分隔成公共精馏段A、公共提馏段D及隔板两侧的预分馏段B和侧线出料段C共四个部分；粗品丁酸丁酯经过粗品预热器进入预分馏段；隔板上方设置液体收集器，将隔板上方下降液体收集并导入液体分配器，液体分配器将隔板上方液体分配至隔板两侧的预分馏段与侧线出料段；塔釜再沸器连接在公共提馏段D底部；丁酸丁酯精馏塔侧线采出管道连接至粗品预热器壳程气相入口。利用隔板塔分离精制丁酸丁酯的工艺方法，丁酸丁酯的质量浓度在99％以上。该工艺具有过程能耗低、设备投资少等特点，应用前景广阔。

Description

利用隔板塔分离精制丁酸丁酯的工艺方法

技术领域

本发明涉及一种利用隔板塔分离精制丁酸丁酯的工艺方法，具体是利用隔板塔从粗品丁酸丁酯中精馏得到高浓度的丁酸丁酯。

背景技术

精馏技术虽然因为其成熟的技术得到广泛应用，但是在应用中仍然避免不了设备投资过大、分离能耗过高等问题，已经不能适应节能、高效的现代精馏工艺要求。热偶精馏是一种复杂精馏方式，它可以降低过程中的不可逆有效能损失，从而降低过程的能耗。隔板塔也叫热耦合精馏塔或分壁精馏塔，它是一种完全热耦合精馏塔，其结构特征是在精馏塔内部设置一块竖直隔板，隔板将隔板塔内部空间分割为塔顶与塔底的公共精馏段与公共提馏段，以及塔左右两侧的预分馏段与侧线出料段四个主要部分。这种结构特征使隔板塔可以进行三组分或更多组分分离。与传统精馏工艺相比具有占地面积少、设备投资少及能量利用率高等优点。化学品生产过程实现节能降耗，已成为社会关注焦点和可持续发展的关键要素，隔板塔精馏过程节能技术研究成为目前该领域的热点。

丁酸丁酯，是一种无色透明液体，有香蕉和菠萝香味，存在于苹果、香蕉和葡萄等水果中。丁酸丁酯是重要化学品，是我国《食品安全国家标准食品添加剂使用标准》(GB2760)规定允许使用的食用香料，广泛用于糖果、饼干、面包和汽水等食品，还可用作硝化纤维素、虫胶、香豆酮树脂和涂料等的溶剂。

我公司采用正丁醛一步缩合歧化生产丁酸丁酯新工艺，与传统工业上由正丁酸和正丁醇在浓硫酸作用下酯化生产丁酸丁酯工艺相比，具有无设备腐蚀、反应路线简洁，原料成本及能耗低，原子经济性高等特点，该工艺在低温下进行反应生成粗品丁酸丁酯，粗品中的催化剂体系还存有活性，在高温精馏下会发生副反应，生成C8、C12等酯类副产物，对丁酸丁酯的分离难度和纯度产生很大影响。此情况下对后续粗品丁酸丁酯的精馏工艺提高了要求。粗品丁酸丁酯如采用传统多塔分离工艺，通常需要经过2～3个精馏塔系统完成丁酸丁酯的精馏操作，粗品丁酸丁酯在经过多塔高温精馏过程中增加了在高温下的停留时间，导致副反应增多，生成C8、C12等酯类副产物，这种情况下增加了丁酸丁酯分离难度，影响丁酸丁酯产品纯度。要解决此问题需要增加设备投资，加高塔身或增加后续精馏设备等，但这样会产生设备投资大、占地面积广、操作复杂、能量消耗高等问题。为使新工艺更具竞争力，需要对后续精馏系统进行优化。

发明内容

根据目前存在的问题，通过研究对比，我公司采用隔板塔以共沸精馏的工艺从粗品丁酸丁酯中得到高纯度丁酸丁酯,在有效减少粗品丁酸丁酯在高温精馏下的停留时间，降低副反应产生同时，所得丁酸丁酯的纯度达到99.7％以上，高于国标QB/T 1774-2014《丁酸丁酯轻工行业标准》，本发明在提高丁酸丁酯纯度的同时，该隔板塔式丁酸丁酯精馏塔与粗品预热器热集成，降低整个丁酸丁酯精馏系统的操作能耗。此工艺与传统多塔分离工艺相比，该工艺具有设备投资少、占地面积小、能量消耗低等特点，符合节能、高效的化工分离工艺要求，有显著的实用性与经济效益。具有设备投资小、占地面积少、操作简单、能量消耗低等特点。

本发明的技术方案如下：

一种利用隔板塔分离精制丁酸丁酯的工艺方法，在丁酸丁酯精馏塔1本体中部设置隔板W1，隔板W1将丁酸丁酯精馏塔1分隔成公共精馏段A、公共提馏段D及隔板两侧的预分馏段B和侧线出料段C共四个部分；粗品丁酸丁酯经过粗品预热器进入预分馏段；隔板W1上方设置液体收集器，将隔板上方下降液体收集并导入液体分配器，液体分配器将隔板W1上方液体分配至隔板W1两侧的预分馏段与侧线出料段；塔釜再沸器连接在公共提馏段D底部；丁酸丁酯精馏塔1侧线采出管道连接至粗品预热器壳程气相入口。

所述的液体分配器将隔板W1上方液体按3～9:1的比例分配至隔板W1两侧的预分馏段与侧线出料段。

所述的丁酸丁酯精馏塔1塔顶气相管道连接至塔顶冷凝器管程入口，塔顶冷凝器管程出口管线连接至回流罐，回流罐的出口管线分为两路，一路管线返回至丁酸丁酯精馏塔1塔顶，进行塔顶回流，另一路管线连接至废液管线。

所述的精馏过程回流比控制在3～7:1。

所述的隔板塔公共精馏段理论塔板数为12～18，预分馏段和主塔理论板数为8～14，公共提馏段理论板数为5～11，丁酸丁酯进料段位于理论板4～12。

所述的塔顶操作压力为﹣73kPa～﹣81kPa，塔顶操作温度为108℃～114℃。

所述的隔板塔的隔板两侧液量分配关系为预分馏段与侧线出料段液量的分配比为3～9:1。

所述的粗品丁酸丁酯中丁酸丁酯质量浓度为85％-93％；进料量为15L/h-20L/h。

所述的粗品丁酸丁酯经过粗品预热器加热后进入隔板塔进料段，进料温度控制在100℃-120℃。

具体说明如下：

本发明的利用隔板塔分离精制丁酸丁酯的工艺方法，如图1所示：它是一种利用隔板塔完成正丁醛、正丁醇、异丁醛、丁酸丁酯及催化剂等物质分离的工艺；在丁酸丁酯精馏塔1本体中部设置隔板W1，隔板W1将丁酸丁酯精馏塔1分隔成公共精馏段A、公共提馏段D及隔板两侧的预分馏段B和侧线出料段C共四个部分；粗品丁酸丁酯经过粗品预热器2进入预分馏段；隔板W1上方设置液体收集器，将隔板上方下降液体收集并导入液体分配器，液体分配器将隔板W1上方液体按3～9:1的比例分配至隔板W1两侧的预分馏段与侧线出料段；塔釜再沸器5连接在公共提馏段D底部；丁酸丁酯精馏塔1侧线采出管道连接至粗品预热器2壳程气相入口；

丁酸丁酯精馏塔1塔顶气相管道连接至塔顶冷凝器3管程入口，塔顶冷凝器3管程出口管线连接至回流罐4，回流罐4的出口管线分为两路，一路管线返回至丁酸丁酯精馏塔1塔顶，进行塔顶回流，另一路管线连接至废液管线，精馏过程回流比控制在3～7:1。

本发明提供的一种利用隔板塔分离精制丁酸丁酯的工艺方法，其具体工艺过程为：

1)粗品丁酸丁酯经过粗品预热器加热至泡点温度后，进入隔板塔的预分馏段，在预分馏段完成轻组分和中间组分、中间组分和重组分的初步分离，轻组分、中间组分进入隔板塔上部公共精馏段，中间组分、重组分进入隔板塔下部公共提馏段，并分别进行后续的精馏分离过程，轻组分为正丁醛、正丁醇和异丁醛，中间组分为丁酸丁酯，重组分为催化剂和高沸点物质；

2)轻组分、中间组分在公共精馏段进行分离，塔顶馏出轻组分经过塔顶泠凝器冷凝后进入回流罐，回流罐中液体分成两部分，一部分作为隔板塔回流液进入隔板塔塔顶，通过液体分配器分配至隔板两侧，回流液与塔内上升蒸气进行接触、传质，构成隔板塔内部回流，另一部分进入废液回收罐作为废液回收；精馏得到的高浓度中间组分从隔板塔侧线采出；

3)中间组分、重组分在公共提馏段进行分离，塔釜再沸器为公共提馏段提供热量，将公共提馏段下降液体中的中间组分汽提出去，重组分于塔釜聚集；中间组分与在公共精馏段下部分馏出的中间组分共同进入隔板塔侧线采出。

所述隔板塔式丁酸丁酯精馏塔可与粗品预热器热集成，隔板塔侧线采出的高纯度丁酸丁酯通过侧采管线进入粗品预热器壳程，用于给粗品丁酸丁酯加热至泡点温度提供热量，同时也可冷却侧采管线中的中间组分，降低整个精馏系统的能耗。

所述的粗品丁酸丁酯中丁酸丁酯浓度85％～93％；进料量为15L/h～20L/h。

所述的隔板塔公共精馏段理论塔板数为12～18，预分馏段和主塔理论板数为8～14，公共提馏段理论板数为5～11，丁酸丁酯进料段位于理论板4～12，塔顶操作压力为﹣73kPa～﹣81kPa，塔顶操作温度为108℃～114℃，隔板塔的隔板两侧液量分配关系为预分馏段与侧线出料段液量的分配比为3～9:1,精馏过程回流比控制在3～7:1。

本发明利用隔板塔分离精制丁酸丁酯的工艺方法，丁酸丁酯的质量浓度在99％以上。由于传统精馏工艺往往需要多塔才能完成多组分的分离提纯，冷凝器和再沸器的数量多，能耗大，热力学效率低。本发明使隔板塔可一次性实现原料液的分离并得到纯度较高的产品，这样可以大大减少精馏塔以及相应换热器的数目，且该隔板塔式丁酸丁酯精馏塔可与粗品预热器热集成，提高了热力学效率，降低了整个精馏系统的操作能耗。该工艺具有过程能耗低、设备投资少等特点，应用前景广阔。

附图说明

图1：本发明利用隔板塔分离精制丁酸丁酯的工艺方法的流程图。

其中1-丁酸丁酯精馏塔，2-粗品预热器，3-塔顶冷却器，4-回流罐，5-塔釜再沸器，W1-隔板，A-公共精馏段，B-进料段，C-侧线采出段，D-公共提馏段。在隔板塔式丁酸丁酯精馏塔中部设置一竖直隔板，将其分成上部公共精馏段A、下部公共提馏段D以及两侧进料段B和侧线采出段C。

具体实施方式

本发明参照附图详细说明如下，但仅做说明而不是限制发明。

如图1所示，在丁酸丁酯精馏塔1本体中部设置隔板W1，隔板W1将丁酸丁酯精馏塔1分隔成公共精馏段A、公共提馏段D及隔板两侧的预分馏段B和侧线出料段C共四个部分；粗品丁酸丁酯经过粗品预热器2进入预分馏段；隔板W1上方设置液体收集器，将隔板上方下降液体收集并导入液体分配器，液体分配器将隔板W1上方液体按3～9:1的比例分配至隔板W1两侧的预分馏段与侧线出料段；塔釜再沸器5连接在公共提馏段D底部；丁酸丁酯精馏塔1侧线采出管道连接至粗品预热器2壳程气相入口；

丁酸丁酯精馏塔1塔顶气相管道连接至塔顶冷凝器3管程入口，塔顶冷凝器3管程出口管线连接至回流罐4，回流罐4的出口管线分为两路，一路管线返回至丁酸丁酯精馏塔1塔顶，进行塔顶回流，另一路管线连接至废液管线，精馏过程回流比控制在3～7:1。

本发明提供的一种利用隔板塔分离精制丁酸丁酯的工艺方法包括的步骤详细描述如下：

1)隔板塔的公共精馏段理论塔板数为12～18，预分馏段和主塔理论板数为8～14，公共提馏段理论板数为5～11，塔顶操作压力为﹣73kPa～﹣81kPa，塔顶操作温度为108℃～114℃，原料粗品丁酸丁酯(丁酸丁酯质量浓度为85％～93％)经粗品预热器加热至泡点温度后，从隔板塔预分馏段第2～10块理论板处进料。

2)粗品丁酸丁酯从隔板塔的进料段B进入。在进料段B完成轻组分和中间组分、中间组分和重组分的初步分离，轻组分、中间组分进入隔板塔上部公共精馏段A，中间组分、重组分进入隔板塔下部公共提馏段D，并分别进行后续的精馏分离过程，轻组分为正丁醛、正丁醇和异丁醛，中间组分为丁酸丁酯，重组分为催化剂和高沸点物质。

3)轻组分、中间组分在公共精馏段进行分离，塔顶馏出轻组分经过塔顶泠凝器冷凝后进入回流罐，回流罐中液体分成两部分，一部分作为丁酸丁酯精馏塔回流液进入精馏塔塔顶，另一部分作为废液回收，其中正丁醛质量浓度为50.4％，正丁醇质量浓度为6.8％，异丁醛为10.6％；隔板塔塔顶冷凝回流，回流比控制在3～9。回流液经过公共精馏段后通过液体分流器分配至隔板两侧，回流液与塔内上升蒸气进行接触、传质，构成隔板塔内部回流，回流液于隔板两侧的预分馏段与侧线出料段的分配比为3～7:1。精馏得到的高浓度中间组分从隔板塔侧线采出段采出，采出速率控制在14L/h。丁酸丁酯质量浓度达99％以上。

4)中间组分、重组分在公共提馏段进行分离，塔釜得到重组分，重组分采用间歇采出操作，每天采出一次，采出15kg，采出一小时，速率为15kg/h，此情形下得到中间组分与通过公共精馏段精馏得到的中间组分一起进入隔板塔侧线采出段采出。

实例1：粗品丁酸丁酯中丁酸丁酯的质量浓度为93％，进料量为15L/h，公共精馏段理论塔板数为12，预分馏段和主塔理论板数为8，公共提馏段理论板数为5，进料位置为隔板塔预分馏段第2块理论板处，回流比为6，隔板两侧进料段与侧线出料段回流液分配比为3，隔板塔塔顶操作压力为﹣73kPa，塔顶操作温度为111℃。塔顶馏分经过冷凝，进入回流罐，经气相色谱分析，正丁醛质量浓度为50.4％，正丁醇质量浓度为6.8％，异丁醛质量浓度为10.6％。隔板塔主塔侧线采出丁酸丁酯进入粗品预热器壳程与原料液热交换冷却后，经气相色谱分析，质量浓度为99.76％。

新工艺消耗蒸汽量为30kg/h，而原双塔工艺消耗蒸汽量为46kg/h，每吨蒸气按128元计算，新工艺每年可节省蒸汽128吨，经济效益近1.6万元，比原工艺蒸气消耗量节省约35％。

实例2：粗品丁酸丁酯中丁酸丁酯质量浓度为89％，进料量为19L/h，公共精馏段理论塔板数为15，预分馏段和主塔理论板数为11，公共提馏段理论板数为8，进料位置为隔板塔预分馏段第6块理论板处，回流比9，隔板两侧进料段与侧线出料段回流液分配比为5，隔板塔塔顶操作压力﹣81kPa，塔顶操作温度为108℃。塔顶馏分经过冷凝，进入回流罐，经色谱分析，其中正丁醛质量浓度为53.6％，正丁醇质量浓度为6.3％，异丁醛质量浓度为10.5％。隔板塔主塔侧线采出丁酸丁酯进入粗品预热器壳程与原料液热交换冷却后，经气相色谱分析，质量浓度为99.82％。

实例3：粗品丁酸丁酯中丁酸丁酯的质量浓度为85％，进料量为20L/h，公共精馏段理论塔板数为18，预分馏段和主塔理论板数为14，公共提馏段理论板数为11，进料位置为隔板塔预分馏段第10块理论板处，回流比为3，隔板两侧进料段与侧线出料段回流液分配比为7，隔板塔塔顶操作压力为﹣77kPa，塔顶操作温度为114℃。塔顶馏分经过冷凝，进入回流罐，经色谱分析，其中正丁醛质量浓度为56.4％，正丁醇质量浓度为6.9％，异丁醛质量浓度为10.8％。隔板塔主塔侧线采出丁酸丁酯进入粗品预热器壳程与原料液热交换冷却后，经气相色谱分析，质量浓度为99.85％。

本发明公开和提出的技术方案，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件路线等环节实现，尽管本发明的方法和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims (5)

1.一种利用隔板塔分离精制丁酸丁酯的工艺方法，在丁酸丁酯精馏塔本体中部设置隔板W1，隔板W1将丁酸丁酯精馏塔分隔成公共精馏段A、公共提馏段D及隔板两侧的预分馏段B和侧线出料段C共四个部分；粗品丁酸丁酯经过粗品预热器进入预分馏段；隔板W1上方设置液体收集器，将隔板上方下降液体收集并导入液体分配器，液体分配器将隔板W1上方液体分配至隔板W1两侧的预分馏段与侧线出料段；塔釜再沸器连接在公共提馏段D底部；丁酸丁酯精馏塔侧线采出管道连接至粗品预热器壳程气相入口；所述的粗品丁酸丁酯中丁酸丁酯质量浓度为85％-93％；进料量为15L/h-20L/h；所述粗品丁酸丁酯由正丁醛一步缩合歧化生产得到；利用隔板塔完成正丁醛、正丁醇、异丁醛、丁酸丁酯及催化剂的分离；所述的隔板塔公共精馏段理论塔板数为12～18，预分馏段和主塔理论板数为8～14，公共提馏段理论板数为5～11，丁酸丁酯进料段位于理论板4～12；塔顶操作压力为﹣73kPa～﹣81kPa，塔顶操作温度为108℃～114℃。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是隔板塔的隔板两侧液量分配关系为预分馏段与侧线出料段液量的分配比为3～9:1。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是丁酸丁酯精馏塔塔顶气相管道连接至塔顶冷凝器管程入口，塔顶冷凝器管程出口管线连接至回流罐，回流罐的出口管线分为两路，一路管线返回至丁酸丁酯精馏塔塔顶，进行塔顶回流，另一路管线连接至废液管线。

4.如权利要求3所述的方法，其特征是精馏过程回流比控制在3～7:1。

5.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的粗品丁酸丁酯经过粗品预热器加热后进入隔板预分馏段，进料温度控制在100℃-120℃。

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