CN219631275U - 一种酯类化合物生产系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及化工设备技术领域，具体涉及一种酯类化合物生产系统，包括反应单元和提纯单元，反应单元为反应原料进行酯化反应的场所，反应单元包括微通道反应器，微通道反应器设置有进口和出口；提纯单元包括沿产物生产方向依次设置的静态结晶器和降膜结晶器，静态结晶器与微通道反应器的出口连通，静态结晶器用于分离得到初步提纯的反应产物，降膜结晶器用于对初步提纯的反应产物进行提纯。本实用新型通过引入静态结晶器和熔融结晶器替代传统的精馏装置，在进一步提高产品纯度的同时，降低生产能耗，简化工艺流程，提高生产效率，易于实现工业产能放大和连续化生产。

Description

一种酯类化合物生产系统

技术领域

本实用新型涉及化工设备技术领域，具体涉及一种酯类化合物生产系统。

背景技术

酯化反应是醇跟羧酸和含氧无机酸生成酯和水的反应，分为羧酸与醇反应、无机含氧酸与醇反应和无机强酸与醇反应三类，酯化反应属于可逆反应。酯化反应被广泛应用于有机合成等领域。

对苯二甲酸二甲酯，又称1,4-苯二甲酸二甲酯；DMT；对酞酸二甲酯，分子式C₁₀H₁₀O₄，密度为1.175g/cm³，熔点为140-143℃，沸点为288℃，其为无色斜方晶系结晶体，溶于热乙醇、甲醇、乙醚、氯仿，不溶于水。

对苯二甲酸二甲酯(DMT)是一种聚酯的单体，主要用于合成聚酯纤维、树脂、薄膜、聚酯漆及工程塑料等，还用于制造聚酯薄膜和纤维，以及高强度聚酯绝缘漆。对苯二甲酸二甲酯最常见的用途是制造纤维，以用于织物、渔网、地毯、轮胎帘线等方面。聚酯薄膜主要用作电气绝缘材料和制作胶片(如作为电影胶片、X光片、照像软片Chemicalbook及录音磁带、录象磁带、电子计算机磁带等的基材)。聚酯树脂还可用于生产增塑剂对苯二甲酸二辛酯。

对苯二甲酸二甲酯主要由对苯二甲酸与甲醇酯化而得。如专利CN104072374A中公开的方法，以对苯二甲酸和甲醇为原料，以浓硫酸为催化剂，进行酯化反应，得到粗对苯二甲酸二甲酯，后通过蒸馏回收甲醇。向对苯二甲酸二甲酯粗品中加入乙醇，并加入活性炭或陶土吸附粗品中的杂质，还加入苯乙烯阴离子去除粗品中的铁阳离子，将对苯二甲酸二甲酯粗品进入精馏塔分离得到对苯二甲酸二甲酯产品。然而，采用该方法及生产系统制备对苯二甲酸二甲酯，酯化时间特别长(10-16h)，甲醇耗用量大，能耗高，危废产生量大，步骤较多、操作复杂。

如专利CN102219689A中公开的一种对苯二甲酸二甲酯生产方法，向以碱减量废水为原料制备的含40-60wt％水的对苯二甲酸中加入锡、锌、锑化物作为催化剂和含量为90-99.5wt％的甲醇溶液进行酯化反应。酯化液采用闪蒸器完成对甲醇和水蒸汽与对苯二甲酸二甲酯溶液的分离，再用活性炭过滤后，经过精馏制得对苯二甲酸二甲酯产品。然而，该方法使用碱减量废水作为原料制备对苯二甲酸，虽然是废物利用，但需要纺织印染企业排出，对大面积使用有局限性。其次，酯化液精馏前要采用活性炭过滤，该过程会产生大量的危险废物。后续精馏分离时操作复杂，能耗高，闪蒸还要产生废水。上述方式使用的生产系统存在生产能耗高、三废产生量大、操作步骤复杂等缺点。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种酯类化合物生产系统，以提高反应物的转化率和目标产物的收率，并进一步提高目标产物的纯度，降低生产能耗，同时降低三废产生量，缩短生产时间，简化制备工艺，提高生产效率，进而实现工业放大和连续化生产。

为解决以上问题，本实用新型提供一种酯类化合物生产系统，括反应单元和提纯单元，所述反应单元为反应原料进行酯化反应的场所，所述反应单元包括微通道反应器，所述微通道反应器设置有进口和出口；所述提纯单元包括沿产物生产方向依次设置的静态结晶器和降膜结晶器，所述静态结晶器与所述微通道反应器的出口连通，所述静态结晶器用于分离得到初步提纯的反应产物，所述降膜结晶器用于对初步提纯的反应产物进行提纯。

本实用新型的酯类化合物生产系统的工作过程为：

调节微通道反应器的温度和压力，将反应原料以及催化剂加入微通道反应器中，反应原料在催化剂的催化作用下进行酯化反应，酯化反应结束，得到粗产物的酯化液。

随后，粗产物的酯化液被送入静态结晶器中进行静态结晶，包括结晶和发汗步骤，其中的大部分过量反应原料及反应副产物等组分被分离出去，得到产物溶液。

接着，经初步提纯的产物溶液被送入降膜结晶器中进行熔融结晶，包括结晶、发汗和熔融步骤，产物溶液经过进一步纯化后，得到目标产物。

本实用新型的酯类化合物生产系统的原理和有益效果为：

通过引入静态结晶器和熔融结晶器替代传统的精馏装置，进行静态结晶和熔融结晶两次提纯代替传统的精馏分离，并通过引入微通道反应器，因微通道反应器具备优异的传质、传热能力，能够使反应更彻底；在进一步提高产品纯度的同时，降低生产能耗，简化工艺流程，提高生产效率。

可选地，所述反应单元还包括混合器，所述混合器设置有原料出口和循环进料口，所述混合器的原料出口与所述微通道反应器的进口连通，所述微通道反应器的出口与所述混合器的循环进料口连通。

本实用新型中，通过设置与微通道反应器的进口连通的混合器，能够使反应原料在混合器中充分混合均匀，进一步提高反应效率，进而提高反应物的转化率。

可选地，所述反应单元还包括输送泵，所述输送泵在所述微通道反应器的出口与所述混合器的循环进料口之间的连通管路上。

本实用新型中，通过设置与混合器和环流反应器连通的输送泵，能够将催化剂和/或微通道反应器中未反应完全的原料输送至所述混合器中混合均匀继续进行反应，使反应更充分，进而提高产品收率。

可选地，所述对酯类化合物生产系统还包括蒸馏回收单元，所述蒸馏回收单元包括依次连通的蒸馏塔和回收罐，所述蒸馏回收单元与所述静态结晶器相连，所述静态结晶器设有母液出口，所述蒸馏塔与所述静态结晶器的母液出口相连，所述回收罐的出料口与所述反应单元的进料端相连。

本实用新型中，通过设置与静态结晶器的母液出口连通的蒸馏塔和与反应单元的进料端连通的回收罐，能够对从静态结晶器排出的母液进行蒸馏，并回收未反应完的过量原料，使反应原料得到再次利用，以提高反应原料的利用率，进而降低生产损耗。

可选地，所述降膜结晶器设置有物料进口和下料口，所述降膜结晶器的物料进口和下料口经管路连通，所述降膜结晶器的物料进口和下料口之间的连通管路上设置有循环泵。

本实用新型中，通过连通降膜结晶器的物料进口和下料口，并在降膜结晶器的物料进口和下料口之间的连通管路上设置循环泵，能够使产物溶液在降膜结晶器中循环流动，进而使产物完全结晶，得到进一步纯化，以提高产物的纯度。

可选地，所述静态结晶器与所述降膜结晶器分别连接有冷热媒系统。

本实用新型中，冷热媒系统能够将静态结晶器和降膜结晶器的余热进行相互利用，进而对静态结晶器和降膜结晶器进行热能供应，从而在生产中节约能源。

可选地，所述酯类化合物生产系统还包括产物处理单元，所述产物处理单元包括母液罐、残液罐和产品罐，所述母液罐、残液罐和产品罐的进口均与所述降膜结晶器的出料端连通，所述母液罐的出口与所述静态结晶器的进料端连通，所述残液罐的出口与所述降膜结晶器的进料端连通。

本实用新型中，通过设置母液罐并与静态结晶器连通和残液罐并与降膜结晶器连通，能够回收熔融结晶的母液并再次进行静态结晶，以及回收熔融结晶的发汗液并再次进行熔融结晶，以提高目标产物的收率。

附图说明

图1为本实用新型实施例中对苯二甲酸二甲酯生产系统的结构示意图。

附图标记说明：静态混合器11，微通道反应器12，多相流泵13，静态结晶器21，降膜结晶器22，循环泵23，蒸馏塔31，回收罐32，离心泵41，母液罐42，残液罐43，产品罐44，对苯二甲酸进口A1，甲醇进口A2，对苯二甲酸二甲酯出口B，催化剂进口C。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“上部”、“底部”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。该器件也可以其他不同方式定位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

本实用新型实施例提供的酯类化合物生产系统用于生产酯类化合物，所述酯类化合物包括对苯二甲酸二甲酯及其类似物，此类酯类化合物的生产过程主要为：

以醇与羧酸或含氧无机酸为原料，在催化剂作用下进行酯化反应，得到粗产物的酯化液，然后对酯化液进行静态结晶和熔融结晶两次提纯，得到目标酯类化合物。

其中，以对苯二甲酸二甲酯为例，具体说明其生产过程：

以对苯二甲酸和甲醇为原料，在催化剂作用下进行酯化反应，得到粗对苯二甲酸二甲酯的酯化液，然后进行静态结晶、熔融结晶，得到对苯二甲酸二甲酯。

具体地，所述对苯二甲酸与甲醇的摩尔比为1：3-6。

具体地，所述催化剂包括氯化锡、氧化锡、氯化锌、氧化锌、氯化锑和锑化锌中的至少一种。

具体地，所述酯化反应的温度为250-300℃，酯化反应的压力为2-2.5MPa，酯化反应的时间为3-6h。

具体地，所述静态结晶包括结晶和发汗步骤。

具体地，所述结晶步骤包括：以5-10℃/min的速率降温至45-55℃，结晶时间为50-60min。

具体地，所述发汗步骤包括：以5-10℃/min的速率升温至130-135℃，发汗时间为20-30min。

具体地，所述发汗步骤之后，还包括：以0.5-1℃/min的速率升温至150-160℃，得到对苯二甲酸二甲酯溶液。

具体地，所述熔融结晶包括结晶、发汗和熔融步骤。

具体地，所述结晶步骤包括：先以3-5℃/min的速率降温至140-145℃，接着以0.3-0.5℃/min的速率降温至120-125℃，结晶时间为90-100min。

具体地，所述发汗步骤包括：先以3-5℃/min的速率升温至130-133℃，接着以0.3-0.5℃/min的速率升温至139-141℃，发汗过程中，采用的冷热媒的温度为145-150℃，发汗时间为40-50min。

具体地，所述熔融步骤的温度为150-155℃，熔融时间为25-35min。

针对上述酯类化合物的生产，本申请一实施例提供了一种酯类化合物生产系统，包括反应单元、提纯单元、蒸馏回收单元和产物处理单元。

如图1所示，反应单元包括混合器、微通道反应器12和输送泵，微通道反应器12是对苯二甲酸和甲醇进行酯化反应的场所，微通道反应器12设置有进口和出口，其中，混合器具体为静态混合器11，输送泵具体为多相流泵13。静态混合器11，微通道反应器12和多相流泵13通过管路连通形成环路。

其中，静态混合器11是用于混合反应原料对苯二甲酸和甲醇以及催化剂的容器，静态混合器11设置有对苯二甲酸进口A1、甲醇进口A2、原料出口和循环进料口，通过对苯二甲酸进口A1和甲醇进口A2能够将对苯二甲酸和甲醇加入到静态混合器11中。静态混合器11的原料出口与微通道反应器12的进口连通，使混合均匀的对苯二甲酸和甲醇以及催化剂通过管路进入微通道反应器中。

具体地，在微通道反应器12中，原料对苯二甲酸和甲醇在催化剂(如氯化锡、氯化锌)的催化作用下进行酯化反应，得到粗对苯二甲酸二甲酯的酯化液。

具体而言，本实施例的对苯二甲酸二甲酯生产系统通过引入微通道反应器12，因微通道反应器12具备优异的传质、传热能力，能够使反应更彻底。

其中，多相流泵13位于微通道反应器12的出口和静态混合器11的循环进料口之间的连通管路上。

输送泵用于将催化剂和/或微通道反应器12中未反应完全的原料输送至混合器中，具体地，多相流泵13用于将催化剂和微通道反应器12的出口排出的物料泵送至静态混合器11中再次混合后，送入微通道反应器12中继续进行酯化反应。

具体而言，通过设置多相流泵13，能够将催化剂送入静态混合器11中与原料对苯二甲酸二甲酯和甲醇混合，还能将微通道反应器12中未反应完全的对苯二甲酸二甲酯和甲醇输送至静态混合器11中混合均匀继续进行反应，进一步提高反应物的转化率和目标产物的收率。

如图1所示，提纯单元包括沿产物生产方向依次设置的静态结晶器21和降膜结晶器22。

其中，静态结晶器21上部设置有投料口，投料口连通微通道反应器12的出料口，底部设置有母液出口和物料出口，母液出口连通降膜结晶器22。

具体而言，通过设置与微通道反应器12连通的静态结晶器21，能够分离粗对苯二甲酸二甲酯的酯化液、未反应的甲醇以及水等组分，进而得到初步提纯的对苯二甲酸二甲酯溶液。

其中，降膜结晶器22是对经静态结晶器21初步分离提纯后的对苯二甲酸二甲酯溶液再次进行分离提纯的场所，以除去对苯二甲酸二甲酯溶液中所含的水和未被完全除去的甲醇。降膜结晶器22设置有物料进口和下料口，物料进口和下料口经管路连通，物料进口和下料口之间的连通管路上设置有循环泵23。

具体而言，通过连通降膜结晶器22的物料进口和下料口，并设置位于降膜结晶器22的物料进口和下料口之间的连通管路上的循环泵23，能够使对苯二甲酸二甲酯溶液在降膜结晶器22中循环流动，进而使对苯二甲酸二甲酯完全结晶，得到进一步纯化，以提高目标产物对苯二甲酸二甲酯的纯度。

其中，静态结晶器21和降膜结晶器22分别连接有冷热媒系统，优选为热泵系统(图中未示出)。

具体而言，热泵系统用于对静态结晶器21和降膜结晶器22进行热能供应，同时能够将静态结晶器21和降膜结晶器22的余热进行相互利用，进而在生产中节约能源。

如图1所示，蒸馏回收单元包括依次连通的蒸馏塔31和回收罐32。

请继续参阅图1，蒸馏塔31的进口连通静态结晶器21的母液出口，蒸馏塔31的出口连通回收罐32的进口，回收罐32的出料口连通静态混合器11的原料进口。

具体而言，通过蒸馏回收单元，能够对从静态结晶器21排出的母液进行蒸馏，并回收未反应完的过量甲醇，使甲醇回到反应单元作反应原料再次使用，以提高甲醇的利用率，进而降低生产损耗。

如图1所示，产物处理单元包括母液罐42、残液罐43和产品罐44。

请继续参阅图1，母液罐42、残液罐43和产品罐44均连通降膜结晶器22的下料口，母液罐42、残液罐43和产品罐44与降膜结晶器22的下料口之间的连通管路上设置有离心泵41，母液罐42与静态结晶器21的投料口经管路连通(图中未示出)，残液罐43与降膜结晶器22的物料进口经管路连通(图中未示出)。

具体而言，母液罐42用于回收熔融结晶的母液，残液罐43用于回收熔融结晶的发汗液，产品罐44用于收集经过提纯后的反应产物，通过设置母液罐42并与静态结晶器21连通和残液罐43并与降膜结晶器22连通，能够回收熔融结晶的母液并再次进行静态结晶，以及回收熔融结晶的发汗液并再次进行熔融结晶，并设置位于母液罐42、残液罐43和产品罐44与降膜结晶器22的下料口之间的连通管路上的离心泵41，能够使经降膜结晶器22进行分离提纯后的反应产物高效地输送至产品罐44，以提高生产效率。

以上所有连通管路上均设置有开关阀(图中未示出)。

在本申请的一示例性实施例中，采用如上述实施例所属的酯类化合物生产系统生产对苯二甲酸二甲酯，具体过程如下：

分别通过对苯二甲酸进口A1和甲醇进口A2向静态混合器11中加入对苯二甲酸和浓度为98-99.5wt％的甲醇溶液(以水作溶剂)，通过催化剂进口C由多相流泵13将催化剂送入静态混合器11中与对苯二甲酸和甲醇溶液混合，对苯二甲酸与甲醇的摩尔比为1：3-6，催化剂为锡、锌、锑化物，包括氯化锡、氧化锡、氯化锌、氧化锌、氯化锑和锑化锌中的至少一种。

将微通道反应器12的温度调节至250-300℃，压力调节至2-2.5MPa，打开静态混合器11的原料出口和微通道反应器12之间的连通管路上的开关阀，对苯二甲酸和甲醇溶液的混合物以及催化剂被送入微通道反应器12中，对苯二甲酸和甲醇在催化剂的催化作用下进行酯化反应，得到含对苯二甲酸二甲酯、对苯二甲酸、甲醇、水等组分的粗对苯二甲酸二甲酯的酯化液。

随后，依次打开多相流泵13与微通道反应器12的出口和静态混合器11的循环进料口之间的连通管路上的开关阀，将微通道反应器12中未反应完全的原料泵送至静态混合器11中混合均匀后再次送入微通道反应器12中，使未反应完全的对苯二甲酸和甲醇继续反应，得到含对苯二甲酸二甲酯、甲醇、水等组分的粗对苯二甲酸二甲酯的酯化液。

接着，打开微通道反应器12的出口与静态结晶器21的投料口之间的开关阀，粗对苯二甲酸二甲酯的酯化液被送入静态结晶器21中，进行静态结晶，静态结晶包括结晶和发汗步骤，具体为：

结晶步骤：以5-10℃/min的速率将酯化液降温至45-55℃，结晶时间为50-60min。

发汗步骤：以5-10℃/min的速率将酯化液升温至130-135℃，发汗时间为20-30min。

发汗步骤之后：以0.5-1℃/min的速率将酯化液升温至150-160℃。

静态结晶结束后，大部分甲醇和水从酯化液中被分离出来，得到对苯二甲酸二甲酯溶液。

随后，打开静态结晶器21的母液出口和蒸馏塔31之间的连通管路上的开关阀，结晶母液被送入蒸馏塔31中，经过蒸馏得到甲醇，甲醇被回收罐32收集后送入静态混合器11中作酯化反应原料，将蒸馏残液送回到静态结晶器21中，同时将蒸馏冷凝水排出。

然后，打开静态结晶器21和降膜结晶器22之间的连通管路上的开关阀，对苯二甲酸二甲酯溶液被送入降膜结晶器22中进行熔融结晶，熔融结晶包括结晶、发汗和熔融步骤，具体为：

结晶过程：先以3-5℃/min的速率将溶液降温至140-145℃，再以0.3-0.5℃/min的速率降温至120-125℃，控制结晶时间为90-100min，关闭循环泵23，打开降膜结晶器22的下料口与母液罐42之间的连通管路上的开关阀，将母液通过离心泵41排出至母液罐42；

发汗过程：先以3-5℃/min的速率将溶液升温至130-133℃，再以0.3-0.5℃/min的速率升温至139-141℃，调节冷热媒温度控制为145-150℃，控制发汗时间为40-50min，发汗完成后，打开降膜结晶器22的下料口与残液罐43之间的连通管路上的开关阀，将发汗液通过离心泵41排出至残液罐43；

熔融过程：调节冷热媒温度至150-155℃以熔融结晶产品，控制熔融时间为25-35min，熔融完成后，打开降膜结晶器22的下料口与产品罐44之间的连通管路上的开关阀，得到的产物通过离心泵41送入产品罐44，由对苯二甲酸二甲酯出口B即得到高纯对苯二甲酸二甲酯。

上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，但凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种酯类化合物生产系统，其特征在于：包括反应单元和提纯单元，所述反应单元为反应原料进行酯化反应的场所，所述反应单元包括微通道反应器，所述微通道反应器设置有进口和出口；所述提纯单元包括沿产物生产方向依次设置并连通的静态结晶器和降膜结晶器，所述静态结晶器与所述微通道反应器的出口连通，所述静态结晶器用于分离得到初步提纯的反应产物，所述降膜结晶器用于对初步提纯的反应产物进行提纯。

2.根据权利要求1所述的酯类化合物生产系统，其特征在于：所述反应单元还包括混合器，所述混合器设置有原料进口、原料出口和循环进料口，所述混合器的原料出口与所述微通道反应器的进口连通，所述微通道反应器的出口与所述混合器的循环进料口连通，所述混合器用于将反应原料混合均匀后送至所述微通道反应器。

3.根据权利要求2所述的酯类化合物生产系统，其特征在于：所述反应单元还包括输送泵，所述输送泵在所述微通道反应器的出口与所述混合器的循环进料口之间的连通管路上，所述输送泵用于将催化剂和/或微通道反应器出料管路中未反应完全的原料输送至所述混合器中。

4.根据权利要求2所述的酯类化合物生产系统，其特征在于：所述酯类化合物生产系统还包括蒸馏回收单元，所述蒸馏回收单元与所述静态结晶器相连，用于对从静态结晶器排出的母液进行蒸馏，并回收过量的反应原料。

5.根据权利要求4所述的酯类化合物生产系统，其特征在于：所述蒸馏回收单元包括依次连通的蒸馏塔和回收罐，所述静态结晶器设有母液出口，所述蒸馏塔与所述静态结晶器的母液出口相连，所述回收罐的出料口与所述混合器的原料进口相连。

6.根据权利要求1所述的酯类化合物生产系统，其特征在于：所述降膜结晶器设置有物料进口和下料口，所述降膜结晶器的物料进口和下料口连通，所述降膜结晶器的物料进口和下料口之间的连通管路上设置有循环泵。

7.根据权利要求1所述的酯类化合物生产系统，其特征在于：所述静态结晶器与所述降膜结晶器分别连接有冷热媒系统。

8.根据权利要求1所述的酯类化合物生产系统，其特征在于：所述酯类化合物生产系统还包括产物处理单元，所述产物处理单元包括母液罐、残液罐和产品罐，所述母液罐用于回收熔融结晶的母液，所述残液罐用于回收熔融结晶的发汗液，所述产品罐用于收集经过提纯后的反应产物。

9.根据权利要求8所述的酯类化合物生产系统，其特征在于：所述母液罐、残液罐和产品罐的进口均与所述降膜结晶器的出料端连通，所述母液罐的出口与所述静态结晶器的进料端连通，所述残液罐的出口与所述降膜结晶器的进料端连通。