CS254048B1 - Sposob kontinuálnej výroby butylacetátu a zariadenie na uskutočňovanie tohto sposobu - Google Patents

Description

254048

Vynález sa týká sposobu a zariadenia nakontinuálnu výrobu butylacetátu esterifiká-ciou butylalkoholu kyselinou octovou v kys-lom prostředí a rieši otázku výhodnešiehooddelovania butylacetátu z reakčného pro-stredia kontinuálnou rektifikáciou.

Esterifikácia butylalkoholu kyselinou oc-tovou na butylacetát prebiea podl'a rovnice:

CHsCOOH + CH5(CH2)3OH

CH3COO(CH2]3CH3 + HžO

Esterifikácia prebieha dobré v kyslomprostředí a za zvýšene] teploty pri súčas-nom odstraňovaní reakčných produktov zreakčného prostredia. Kinetika reakcie zapřítomnosti kyseliny sírové] ako katalyzáto-ra je podrobné spracovaná v časopise Ind.Eng. Chem. 37, 969 (1945). Sposoby výrobysú popísané v encyklopédiach: „UllmannsEncyklopadie der technischen Chemie“, III.vyd., 6, 799 (1955) a „Encyklopedia of Che-mical Processing and Desing“, 5, New York--Basel (1977). Spůsob kontinuálně] výrobyza přítomnosti kyseliny sírové] ako kataly-zátora a použitia inhibítorov korózie je po-písaný v čs. AO 229 760 (1984).

Esterifikácia sa uskutočňuje pri teplotev rozmedzí 100 až 110 °C v esterifikačnomkotli vykurovanom parou, ktorý je súčasnevarákom rektifikačnej kolony, slúžiacej naoddelenie vznikajúcich produktov, t. ]. bu-tylacetátu i reakčne] vody z reakčného pro-stredia. Postup je taký, že do esterifikačné-ho kotlá sa najprv predložia butylalkohola kyselina octová v požadovanom pomere,přidá sa katalyzátor, připadne s dalšími pří-sadami, ako sú napr. látky s protikorozívny-mi účinkami a přidá sa a] voda, aby sa vy-tvořilo reakčné prostredie, vhodné aj preesterifikačnú reakciu i pre súčasné oddefo-vanie azeotropu butylacetát—voda z reakč-ne] zmesi.

Po vyhriati takto pripravene] reakčnejzmesi na reakčnú teplotu sa začne pridávaťpriamo do esterifikačného kotlá zmes kyse-liny octové] a butylakoholu v množstvo od-povedajúcom rýchlosti tvorby butylacetátua ]eho oddefovanie z reakčne] zmesi rekti-fikáciou. Okrem surovin sa trvale přidávái voda bud periodicky alebo kontinuálně,připadne kontinuálně spolu so surovinami.Voda sa trvale přidává preto, lebo reakčnejvody z esterifikačne] reakcie je menej, akosa pri rektifikácii odtahuje z esterifikačné-ho kotlá binárnym azeotropom butylacetát—voda alebo ternárnym azeotropom butyl-acetát—butylalkohol—voda. Problém je sta-novit potřebné množstvo prídavnej vody, le-bo výrobný proces nie je vždy dostatočnestabilný a značné sa rozchádzajú aj údaje ozložení azeotropov. Páry, odchádzajúce z hlavy rektifikačnej kolony pozostávajú teda z butylacetátu, bu- tylalkoholu, vody a obsahujú aj malé množ- stvo kyseliny octovej, ktorej by málo byt čo najmenej, lebo sa už nedá běžnou rekti- fikáciou oddělit'. Část týchto pár zkonden-zuje najprv v deflegmátore, z ktorého sakvapalný kondenzát vracia spát ako refluxrektifikačnej kolony. Niektoré výrobně spo-soby používajú ako reflux len organickáfázu.

Zostávajúca část pár zkondenzuje úplnév dalšom kondenzátore, z ktorého ochlade-ný kondenzát prechádza cez rozdělovač fáz,kde sa rozdělí na vodnú a organická vrstvu.Z vodnej vrstvy sa část odoberá ako recy-kel do esterifikačného kotlá a organickáfáza sa odvádza na ďalšie spracovanie doseparačnej časti výrobného- procesu, kde saperie, neutralizuje a suší. Konečný produktsa potom získává rektifikáciou.

Hlavnou nevýhodou doterajších sposobovvýroby je poměrně nákladná prevádzka užv prvom technologickom uzle, t. j. pri este-rifikácii spojenej s rektifikačným odděle-ním vznikajúceho produktu z reakčnéhoprostredia. Aby bol obsah kyseliny octovejv destiláte čo najnižší, musí sa pracovat svysokým refluxným pomerom aj na účin-nej kolóne s celkovým počtom 25 až 30 etá-ží (Encyklopedia of Chemical Processingand Desing, 1, str. ..., rok vyd. 1977). Ďalšou nevýhodou je málo stabilná pre-vádzka tohto uzla, lebo> aj napriek automa-tickej regulácii hlavných technologickýchparametrov dochádza k častým změnám vzložení reakčnej zmesi v esterifikačnom kot-li a v zložení destilátu. Obvykle to rieši ope-rátor periodickým přidáváním vody, nieke-dy aj butylalkoholu, aby obsah jednotlivýchzložek sa udržoval v požadovanom rozmedzí.Pri tomto sposobe sa obsah kyseliny octovejpohybuje v rozmedzí 50 až 55 %, butylal-koholu, (0 až g( °/o a vody okolo 10 %. Pritýchto podmienkach je však poměrně vyso-ký obsah butylakoholu aj v destiláte, čo pů-sobí nepriaznivo na ďalší separačný proces,hlavně pri výrobě koncentrovaného produk-tu.

Ukázalo sa však, že jestvujú vhodnejšiepodmienky esterifikácie a rektifikácie akodosial' používané, pri ktorých sa dosahujestabilnejšia prevádzka a ekonomickejšia vý-roba.

Pri tomto novom sposobe kontinuálnej vý-roby butylacetátu esterifikáciou butylalko-holu kyselinou sírovou za přítomnosti kys-lého katalyzátora a za podmienok konti-nuálneho oddelovania vznikajúceho butyl-acetátu z reakčného prostredia rektifikáciousa postupuje tak, že z reakčného prostredia,obsahujúceho 1 až 8 % hm. butylalkoholu,s výhodou 1 až 3 % hm. butylalkoholu, ne-ustále doplňovaného prívodom čerstvých su-rovin o molárnom pomere kyseliny octo-vej : butylalkoholu 0,97 až 1,03 s výhodou1,00 + 0,01 a prívodom vody na vytvorenieazeotropu, sa kontinuálnou rektifikáciou zís-kává parná fáza o teplote 89 až 91 °C, z kto-rej sa prvou kondenzáciou oddělí 10 až65 %-ná časť, s výhodou 20 až 35 %-ná 3 251048 časť z celkového množstva parnej fázi, kto-rá sa v kvapaínotn stave vrecia spát akoreflux a zostávajúca časť parnej fázi sa úpl-né zkvapalní a odvádza ma ďalšiu separá-cin, pričom množstvo zkondenzovaných párpre reflux sa reguluje tak, že sa udržuje nakonštantnej hodnotě teplota chladiacej vo-dy na jej výstupe z prvej kondenzácie prikonštanínom množstve pár, udržovanom re-guláciou tlakového spádu rektifikácie v roz-medzí 1,5 až 3,5 m, s výhodou v rozmedzí2,2 až 2,7 m.

Spůsob kontinuálně} výroby podlá tohtovynálezu sa uskutečňuje v rektifikačnej ko-lene pozostávajúcej z klohúčikovýeh etáží,vzdialených od seba 37 až 45 em a vybave-ných přepadovými priehradkami o výške 55až 105 mm. Týmto spósobom sa získává destilát s vy-sokým obsahem butylacetátu a s velmi ma-lým obsahom kyseliny octovej. Takto sa vy-tvárajú priaznivé podmienky pre výrobukoncentrovaného butylacetátu a znižujú sastraty kyseliny octovej, ktorá sa už z desti-látu nedá ináč odstrániť, len neutralizáciou.Ďalšou důležitou výhodou je prevádzka rek-tifikačnej kolony pri vel'mi malom reflux-nom pomere, zvýšením účinnosti separač-nýeh etáží, čo zuižuje spotřebu páry a chla-diacej vody v tomto výrobnom uzle. Prevá-dzka esterifikácie a rektifikácie je pritomto spůsobe prekvapajáco stabilná, prav-děpodobně v důsledku vycžitla sameregu-lačných vlastností tejto velmi zložitej“ sústa-vy so vzájemným ovplyvňovaním rýchlostirektifikácie a rýchlosti esterifikácie. Z tohovyplývá, že pri novorn spůsobe sú nájdenétaké technologické podmienky, při kterýchaj napriek vysokej citlivosti procesu je naminimum eliminovaný nepriaznivý vplyvrůzných poruch na priebeh procesu a prikterých sa podstatné zredukovali možnostiastatického priebehu koncentračných zmienjednak v esterifikačnom kotli a jednak vorganickej ' fázi destilátu, pravděpodobnězvýšením stability teploty prvej kondenzá-cie a zvýšenia zádrže v rektifikačnom za-riadení. Ďalej sú uvedené niektoré příklady, ktoréilustrujú možnosti aplikácie tohto novéhosposobu výroby butylacetátu na modifikova-nom rektifikačnom zariadení. Příklad 1

Esterifikácia sa uskutečňuje v aparatúre,schematicky znázornenej na obrázku. Apa-ratura pozostáva z esterifikačného kotlá 1,rektifikačnej kolony 2, deflegmáťora 3, kon-denzátora 4 a dekantéra 5, ako hlavnýchaparátov tohto výrobného uzla. Aparáty súopatřené prívodmi energií a přepojovacímipotrubiami. Pomocné zariadenia ako aj me-racie a regulačně obvody a armatury nie súna schéme zakreslené.

Esterifikácia sa uskutočňuje v esterifikač- nom kotli 1 pri teplote 106 C° za přítom- nosti kyseliny sírovej ako' katalyzátora. Spo-třebovaná kyselina sírová sa doplňuje perio-dicky potrubím 21 tak, aby jej obsah nekle-sal pod 0,5 % hm., počítané na obsah este-rifikačného kotlá. Kyselina octová, butylal-kohol a voda sa privádzajú kontinuálně prí-voidným potrubím 7. Esteriííkačný kotol jevykuřovaný parným hadoms 9 v spodnej čas-ti kotlá.. Parný priestor esterifikačného kot-lá 1 je přepojený potrubím 8 s rektífífeač-nou kolonou 2, vystrojenou etážemi klobúč-kového typu. Kvapalina zo spodu rektifikač-nej kolony 2 sa vracia do· esterifikačnéhokotlá spatným potrubím 10. Rektifikačnákolona pozostáva z 21 klobúčkových etáží21 vzdialených od seba 39 cm. Každá etážje vybavená přepadovou prehriadkou 22 ovýške 10 cm. Páry odchádzajňce z hlavyrektifikačnej kolóny 2 přepojovacím potru-bím 11 vehádzajú najprv do deflegmátora 3,kd« dochádza k prvej Roodenzácii, Befleg-mátor 3 je opatřený přívodem chladiacejvody 13 a automatickou reguláciou výstup-né j. teploty (na schéme ma: obr. 1 nie je za-kreslené). Kvapalný kondenzát sa reflux-ným potrubím 13 vracia spát do rektifikač-nej kolony 2 ako reflux. Teplota kondenzá-cie sa udržuje na hodnotě 80 °C v rozmedzí+ 0,5 °C. Pri tomto spůsobe regulácie skon-denzuje 35 %i parnej fáze, odchádzajácejz hlavy rektifikačnej kolóny 2. Meskonden-zované páry odchádzajú z deflegmátora 3potrubím neskondenzovaných pár 14 do Ron-denzátora 4, taktiež opatřeného přívodemchladiacej vody 15, v ktorom dochádza ktotálně} kondenzácli a k ochladeniu vytvo-renej kvapalnej fázi, ktorá so potrubím kon-denzátu 18 odvádza do dekantéra 3. V tom-to zariadení sa kvapalná organická fáza od-dělí od ťažšej spodnej vodnej vrstvy. Orga-nická fáza pozostáva z butylacetátu, buta-nolu, rozpustenej vody a malého množstva kyseliny octovej. Obsah kyseliny octovej in-dikuje nesprávný chod procesu a mal by byťčo najnižší, lebo kyselina octová sa z tohtoprúdu už nedá efektlvnym spůsobom rege-nerovat. Organická vrstva je odvádzaná po-trubím organické}, fázi 17 na spraeovaniedo separačnej časti výroby. PodTa jej; zíože-nia budeme posudzovaf účinnost novéhospůsobu v tomto výrobnom uzle.

Voda z dekantéra 5 recykluje odvodnýmpotrubím 18, napojeným na. přívodně po-trubie surovin 19, Čím sa redukuj,ú stratyorganickej fázi a připadne aj straty prenik-nutej kyseliny octovej do destilátu pri zhor-šených podmienkach rektifikácie. V tomto případe sa postupovalo“ tak, žepri konštantnom přívode surovin a konštant-nom tlakovom spáde v rektifikačnej koléne2 sa udržovala teplota kondenzácie v defleg-mátore na hodnotě 80 + 0,5 °C automatic-kou reguláciou teploty vystupujúcej chla-diacej vody z deflegmátora. Pri tomto spů-sobe sa privádzali suroviny v molárnom po-měre kyseliny octovej: butylalkoholu = 0,99.

Claims (2)

1. 254048 8 7 Zloženie v esterifikačnom kotli sa stabili- zovalo na nasledujúcich hodnotách: kyse- lina octová 45 až 50 % hm., butylalkohol 4 až 6 % hm., voda 15 až 17 % hm., butyl- acetát 30 až 35 % hm. Zloženie destilátu v tomto pokuse bolostabilně, s časom sa prakticky neměnilo.Organická fáza obsahovala 1,6 °/o hm. vody,priemerne 8 % hm. butylalkoholu, 89 až90 % hm. butylacetátu a len stopové množ-stvo kyseliny octovej. Obsah esterifikačného kotlá se periodic-ky čistí a predtým sa vyprázdňuje cez vy-prázdňovacie potrubie 6. Příklad 2 Technologický postup a podmienky sú akov příklade 1, až na změnu v molárnom po-měre kyseliny octové] : butylalkoholu, ktorýv tomto příklade bol 1,01. Po ustálení chodusa dosiahlo nasledujúce zloženie v esterifi-kačnom kotli: kyselina octová 42 až 48 %hm., butylalkoholu 2 až 3 % hm., voda 9až 13 % hm., butylacetát 40 až 45 % hm. A] v tomto pokuse bola rektifikácia ustá-lená, zloženia destilátu sa v priebehu dlho-trvajúceho pokusu prakticky neměnilo. Or-ganická fáza obsahovala 90 až 94 % hm.butylacetátu, 4 až 6 % hm. butylalkoholua 0,1 až 0,3 °/o hm. kyseliny octové], tedaznatelné vyšší ako v příklade 1. Příklad 3 Technologické podmienky a postup súrovnaké ako v příklade 2, až na změnu tep-loty kondenzácie v deflegmátore, ktorá sav tomto příklade udržovala na hodnotě 91,5 °C + θ,5 °C automatickou reguláciouteploty vystupujúcej chladiace] vody z de-flegmátora. Zkondenzovaný podiel předsta-vuje 25 % z celkového množstva pár, od-chádzajúcich z hlavy rektifikačnej kolony 2.Prevádzka esterifikácie a rektifikácie bolapoměrně ustálená, ale obsah kyseliny octo-vé] v organické] fáze destilátu trvale kolí-sal v rozmedzí 0,3 až 1,2 °/o hm. Příklad 4 Technologický postup a technologické pod-mienky sú rovnaké ako v příklade 1. Roz-diel je v rektifikačnej koloně, ktorá v tom-to příklade pozostáva z 28 klobúčikovýchetáži 21, vzdialených od seba 30 cm. Všetkyetáže sú vybavené přepadovými priehrad-kami 22 o výške 50 mm. Prevádzka rektifikácie bola poměrně dob-ré ustálená, ale organická fáza destilátuobsahovala pri priemernom obsahu butyl-acetátu 89 % hm. váčšie množstvo kyselinyoctovej, priemerne až 1,9 % hm. Příklad 5 Technologický postup a podmienky súrovnaké ako v příklade 1, až na to, že sapoužil molárny poměr kyseliny octovej : bu-tanolu = 1,04. Je to porovnávací pokus, pri ktorom pre-vádzka esterifikácie a rektifikácie je nesta-bilná, čo sa prejavuje neustálou změnouzloženia obsahu osterifikačného kotlá. Ob-sah butylacetátu v organickej fáze destilátuje v rozmedzí 90 až 92 % hm., obsah kyse-liny octovej je viac ako 3 % hm. p R E D M e τ

   1. Sposob kontinuálně] výroby butylacetá-tu esterifikáciou butylalkoholu kyselinouoctovou za přítomnosti kyslého katalyzátoraa za podmienok kontinuálneho oddelovaniavznikajúceho butylacetátu z reakčného pro-stredia pomocou rektifikácie, vyznačujúcisa tým, že z reakčného prostredia, obsahu-júceho 1 až 8 % hmot. butylalkoholu, s vý-hodou 1 až 3 % hmot. butylalkoholu, ne-ustále doplňovaného prívodom čerstvých su-rovin o molárnom pomere kyseliny octo-vé] : butylalkoholu 0,97 až 1,03 s výhodou1,00 + 0,01 a prívodom vody na vytvorenieazeotropu, sa kontinuálnou rektifikáciou zís-kává parná fáza o teplote 89 až 92 °C, zktorej sa prvou kondenzáciou oddělí 10 až65 %-ná časť, s výhodou 20 až 35 -%ná časť z celkového množstva parnej fázy, kto-rá sa v kvapalnom stave vracia spáť akoreflux a zostávajúca časť parnej fázy saúplné skvapalní a odvádza na ďalšiu se-paráciu butylacetátu, pričom množstvo skon-denzovaných pár pre reflux sa reguluje tak,že sa udržuje na konštantnej hodnotě tep-lota chladiacej vody na jej výstupe z prvejkondenzácie pri konštantnom množstve pár,udržovanom reguláciou tlakového spádurektifikácie v rozmedzí 1,5 až 3,5 m.
2. 2. Zariadenie na usktočňovanie spósobupodfa bodu 1, vyznačujúce sa tým, že rek-tifikačná kolona pozostáva z klobúčikovýchetáží, vzdilených od seba 37 až 45 cm a vy-bavených přepadovými priehradkami o výš-ke 55 až 105 mm. 1 list výkresov