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

Abstract

Riešenia sa týká spósobu a zariadenia na výrobu butylacetátu esterifikáciou butylalkoholu kyselinou octovou v, kyslom prostředí a rieši otázku výhodnejšieho oddelovania butylacetátu z reakčného prostredia kontinuálnou rektifikáciou. Pri tomto postupe z reakčného prostredia, obsahujúceho 1 až 8 % hmot. butanolu a neustále doplňovaného prívodom čerstvých surovin a prívodom vody na vytvorenie azeotropu, sa kontinuálnou rektifikáciou získá parná fáza o teplote 89 až 92 °C, z ktorej sa prvou kondenzáciou oddělí 10 až 65 °/o z celkového množstva parnej fázy, ktorá v kvapalnom stave recirkuluje ako reflux a zvyšok parnej fázy sa úplné skvapalní a odvádza na ďalšiu seperáciu butylacetátu, pričom tlakový spád rektifikácie sa udržuje v rozmedzí 1,5 až 3,5 m. Rektifikačná kolona pozostáva z klobúčíkových etáží, vzdialených od seba 37 až 45 cm a vybavených prepadavými priehradkami o výške 55 až 105 mm.

Description

Vynález sa týká sposobu a zariadenia na kontinuálnu výrobu butylacetátu esterifikáciou butylalkoholu kyselinou octovou v kyslom prostředí a rieši otázku výhodnešieho oddelovania butylacetátu z reakčného prostredia kontinuálnou rektifikáciou.

Esterifikácia butylalkoholu kyselinou octovou na butylacetát prebiea podlá rovnice:

CHsCOOH + CH5(CH2)3OH

CH3COO(CH₂]₃CH3 + HžO

Esterifikácia prebieha dobré v kyslom prostředí a za zvýšenej teploty pri súčasnom odstraňovaní reakčných produktov z reakčného prostredia. Kinetika reakcie za přítomnosti kyseliny sírovej ako katalyzátora je podrobné spracovaná v časopise Ind. Eng. Chem. 37, 969 (1945). Sposoby výroby sú popísané v encyklopédiach: „Ullmanns Encyklopadie der technischen Chemie“, III. vyd., 6, 799 (1955) a „Encyklopedia of Chemical Processing and Desing“, 5, New York-Basel (1977). Spůsob kontinuálnej výroby za přítomnosti kyseliny sírovej ako katalyzátora a použitia inhibítorov korózie je popísaný v čs. AO 229 760 (1984).

Esterifikácia sa uskutočňuje pri teplote v rozmedzí 100 až 110 °C v esterifikačnom kotli vykurovanom parou, ktorý je súčasne varákom rektifikačnej kolony, slúžiacej na oddelenie vznikajúcich produktov, t. j. butylacetátu i reakčnej vody z reakčného prostredia. Postup je taký, že do esterifikačného kotlá sa najprv predložia butylalkohol a kyselina octová v požadovanom pomere, přidá sa katalyzátor, připadne s dalšími přísadami, ako sú napr. látky s protikorozívnymi účinkami a přidá sa aj voda, aby sa vytvořilo reakčné prostredie, vhodné aj pre esterifikačnú reakciu i pre súčasné oddelovanie azeotropu butylacetát—voda z reakčnej zmesi.

Po vyhriati takto pripravenej reakčnej zmesi na reakčnú teplotu sa začne přidával priamo do esterifikačného kotlá zmes kyseliny octovej a butylakoholu v množstve odpovedajúcom rýchlosti tvorby butylacetátu a jeho oddelovanie z reakčnej zmesi rektifikáciou. Okrem surovin sa trvale přidává i voda buď periodicky alebo kontinuálně, připadne kontinuálně spolu so surovinami. Voda sa trvale přidává preto, lebo reakčnej vody z esterifikačnej reakcie je menej, ako sa pri rektifikácii odtahuje z esterifikačného kotlá binárnym azeotropom butylacetát —voda alebo ternárnym azeotropom butylacetát—butylalkohol—voda. Problém je stanovit potřebné množstvo prídavnej vody, lebo výrobný proces nie je vždy dostatočne stabilný a značné sa rozchádzajú aj údaje o zložení azeotropov.

Páry, odchádzajúce z hlavy rektifikačnej kolony pozostávajú teda z butylacetátu, butylalkoholu, vody a obsahujú aj malé množstvo kyseliny octovej, ktorej by málo byt čo najmenej, lebo sa už nedá běžnou rektifikáciou oddělit. Časť týchto pár zkondenzuje najprv v deflegmátore, z ktorého sa kvapalný kondenzát vracia spát ako reflux rektifikačnej kolony. Niektoré výrobně sposoby používajú ako reflux len organickú fázu.

Zostávajúca časť pár zkondenzuje úplné v ďalšom kondenzátore, z ktorého ochladený kondenzát prechádza cez rozdělovač fáz, kde sa rozdělí na vodnú a organickú vrstvu. Z vodnej vrstvy sa časť odoberá ako recykel do esterifikačného kotlá a organická fáza sa odvádza na ďalšie spracovanie do separačnej časti výrobného- procesu, kde sa perie, neutralizuje a suší. Konečný produkt sa potom získává rektifikáciou.

Hlavnou nevýhodou doterajších sposobov výroby je poměrně nákladná prevádzka už v prvom technologickom uzle, t. j. pri esterifikácii spojenej s rektifikačným oddělením vznikajúceho produktu z reakčného prostredia. Aby bol obsah kyseliny octovej v destiláte čo najnižší, musí sa pracovat s vysokým refluxným pomerom aj na účinnej kolóne s celkovým počtom 25 až 30 etáží (Encyklopedia of Chemical Processing and Desing, 1, str. ..., rok vyd. 1977).

Ďalšou nevýhodou je málo stabilná prevádzka tohto uzla, lebo· aj napriek automatickej regulácii hlavných technologických parametrov dochádza k častým změnám v zložení reakčnej zmesi v esterifikačnom kotli a v zložení destilátu. Obvykle to rieši operátor periodickým přidáváním vody, niekedy aj butylalkoholu, aby obsah jednotlivých zložek sa udržoval v požadovanom rozmedzí. Pri tomto sposobe sa obsah kyseliny octovej pohybuje v rozmedzí 50 až 55 %, butylalkoholu, (0 až g( °/o a vody okolo 10 %. Pri týchto podmienkach je však poměrně vysoký obsah butylakoholu aj v destiláte, čo působí nepriaznivo na další separačný proces, hlavně pri výrobě koncentrovaného produktu.

Ukázalo sa však, že jestvujú vhodnejšie podmienky esterifikácie a rektifikácie ako dosial' používané, pri ktorých sa dosahuje stabilnejšia prevádzka a ekonomickejšia výroba.

Pri tomto novom sposobe kontinuálnej výroby butylacetátu esterifikáciou butylalkoholu kyselinou sírovou za přítomnosti kyslého katalyzátora a za podmienok kontinuálneho oddelovania vznikajúceho butylacetátu z reakčného prostredia rektifikáciou sa postupuje tak, že z reakčného prostredia, obsahujúceho 1 až 8 % hm. butylalkoholu, s výhodou 1 až 3 % hm. butylalkoholu, neustále doplňovaného prívodom čerstvých surovin o molárnom pomere kyseliny octovej : butylalkoholu 0,97 až 1,03 s výhodou 1,00 + 0,01 a prívodom vody na vytvorenie azeotropu, sa kontinuálnou rektifikáciou získává parná fáza o teplote 89 až 91 °C, z ktorej sa prvou kondenzáciou oddělí 10 až 65 %-ná časť, s výhodou 20 až 35 %-ná

251048 časť z celkového množstva parnej fázi, ktorá sa v kvapainotn stave vrecla spát ako reflux a zostávajúca časť parnej fázi sa úplné zkvapalní a odvádza ma ďalšiu separacím, pričom množstvo zkondenzovaných pár pre reflux sa reguluje tak, že sa udržuje na konštantnej hodnotě teplota chladiacej vody na jej výstupe z prvej kondenzácie pri konštantnom množstve pár, udržovanom reguláciou tlakového spádu rektifikácie v rozmedzí 1,5 až 3,5 m, s výhodou v rozmedzí

2,2 až 2,7 m.

Spůsob kontinuálně} výroby podlá tohto vynálezu sa uskutečňuje v rektifikačnej koloně pozostávajúcej z klobůčikovýeh etáží, vzdialených od seba 37 až 45 em a vybavených přepadovými priehradkami o výške 55 až 105 mm.

Týmto spósobom sa získává destilát s vysokým obsahom butylacetátu a s velmi malým obsahom kyseliny octovej. Takto sa vytvárajú priaznivé podmienky pre výrobu koncentrovaného butylacetátu a znižujú sa straty kyseliny octovej, ktorá sa už z destilátu nedá ináč odstrániť, len neutralizáciou. Ďalšou důležitou výhodou je prevádzka rektifikačnej kolóny pri velmi malom refluxnom pomere, zvýšením účinnosti separačnýeh etáží, čo znižuje spotřebu páry a chladiacej vody v tomto výrobnom uzle. Prevádzka esterifikácie a rektifikácie je pri tomto spůsobe prekvapajfeo stabilná, pravděpodobně v důsledku využitia samwregulačných vlastností tejto velmi zložitej“ sústavy so vzájemným ovplyvňovaním rýchlosti rektifikácie a rýchlosti esterifikácie. Z toho vyplývá, že pri novorn spůsobe sú nájdené také technologické podmienky, při ktorých aj napriek vysokej citlivosti procesu je na minimum eliminovaný nepriaznivý vplyv různých poruch na priebeh procesu a pri ktorých sa podstatné zredukovali možnosti astatického priebehu koncentračných zmien jednak v esterifikačnom kotli a jednak v organickej ' fázi destilátu, pravděpodobně zvýšením stability teploty prvej kondenzácie a zvýšenia zádrže v rektifikačnom zariadení.

Ďalej sú uvedené niektoré příklady, ktoré ilustrujú možnosti aplikácie tohto nového spůsobu výroby butylacetátu na modífikovanom rektifikačnom zariadení.

Příklad 1

Esterifikácia sa uskutečňuje v aparatúre, schematicky znázornenej na obrázku. Aparatura pozostáva z esterifikačného kotlá 1, rektifikačnej kolóny 2, deflegmátora 3, kondenzátora 4 a dekantéra 5, ako hlavných aparátov tohto výrobného uzla. Aparáty sú opatřené prívodmi energií a přepojovacími potrubiami. Pomocné zariadenia ako aj meracie a regulačně obvody a armatúry nie sú na schéme zakreslené.

Esterifikácia sa uskutočňuje v esterifikačnom kotli 1 pri teplote 106 C° za přítomnosti kyseliny sírové} ako' katalyzátora. Spotřebovaná kyselina sírová sa doplňuje periodicky potrubím 21 tak, aby jiej obsah neklesal pod 0,5 % hm., počítané na obsah esterifikačného kotlá. Kyselina octová, butyialkobol a voda sa privádzajú kontinuálně prívodným potrubím 7. Esteriflkačný kotol je vykuřovaný parným hadoms 9 v spodnej časti kotlá.. Parný priestor esterifikačného kotlá 1 je propojený potrubím 8 s rektifikačnou kolonou 2, vystrojenou etážemi klobííčkového typu. Kvapalina zo spodu rektifikačnej kolóny 2 sa vracia do· esterifikačného kotlá spatným potrubím 10. Rektifikačná kolona pozostáva z 21 klobúčkových etáží 21 vzdialených od seba 39 cm. Každá etáž je vybavená přepadovou prebriadkou 22 o výške 10 cm. Páry odchádzajňce z hlavy rektifikačnej kolóny 2 přepojovacím potrubím 11 vchádzajú nasjsprv do deflegmátora 3, kde dochádza k prvej koodenzácii, Befíegmátor 3 je opatřený prívodom chladiacej vody 13 a automatickou reguláciou výstupné} teploty (na schéme ma: obr. 1 nie je zakreslené). Kvapalný kondenzát sa refluxným potrubím 13 vracia spát «to rektifikačnej kolóny 2 ako reflux. Teplota kondenzácie sa udržuje na hodnotě 80 °C v rozmedzí + 0,5 °C. Pri tomto spůsobe regulácie skondenzuje 35 parnej fáze, odchádzajúcej z hlavy rektifikačnej kolóny 2. Neskondenzované páry odchádzajú z deflegmátora 3 potrubím neskondenzovaných pár 14 do kondenzátora 4, taktiež opatřeného prívodom chladiacej vody 15, v ktorom dochádza k totálně} kondenzácli a k ochladeniu vytvorenej kvapalnej fázi, ktorá so potrubím kondenzátu 18 odvádza do dekantéra S. V tomto zariadení sa kvapalná organická, fáza oddělí od ťažšej spodnej vodnej vrstvy. Organická fáza pozostáva z butylacetátu, butanolu, rozpustenej vody a malého množstva kyseliny octovej. Obsah kyseliny octovej indikuje nesprávný chod procesu a mal by byť čo najnižší, lebo kyselina octová sa z tohto prúdu už nedá efektlvnym spůsobom regenerovat. Organická vrstva je odvádzaná potrubím organickej. fázi 17 na spracovanie do separačnej časti výroby. Podlá jej; zloženia budeme posudzovaf účinnost nového spůsobu v tomto výrobnom uzle.

Voda z dekantéra 5 recykluje odvodným potrubím 18, napojeným na. přívodně potrubie surovin 19, Čím sa redukuj,ú straty organickej fázi a připadne aj straty preniknutej kyseliny octovej do destilátu pri zhoršených podmienkach rektifikácie.

V tomto případe sa postupovalo“ tak, že pri konštantnom přívode surovin a konštantnom tlakovom spáde v rektifikačnej kolóne 2 sa udržovala teplota kondenzácie v deflegmátore na hodnotě 80 + 0,5 °C automatickou reguláciou teploty vystupujúcej chladiacej vody z deflegmátora. Pri tomto spůsobe sa privádzali suroviny v molárnom pomere kyseliny octovej: butylalkoholu = 0,99.

Zloženie v esterifikačnom kotli sa stabilizovalo na nasledujúcich hodnotách: kyselina octová 45 až 50 % hm., butylalkohol 4 až 6 % hm., voda 15 až 17 % hm., butylacetát 30 až 35 % hm.

Zloženie destilátu v tomto pokuse bolo stabilně, s časom sa prakticky neměnilo. Organická fáza obsahovala 1,6 °/o hm. vody, priemerne 8 % hm. butylalkoholu, 89 až 90 % hm. butylacetátu a len stopové množstvo kyseliny octovej.

Obsah esterifikačného kotlá se periodicky čistí a predtým sa vyprazdňuje cez vyprázdňovacie potrubie 6.

Příklad 2

Technologický postup a podmienky sú ako v příklade 1, až na změnu v molárnom pomere kyseliny octovej : butylalkoholu, ktorý v tomto příklade bol 1,01. Po ustálení chodu sa dosiahlo nasledujúee zloženie v esterif ikačnom kotli: kyselina octová 42 až 48 % hm., butylalkoholu 2 až 3 % hm., voda 9 až 13 % hm., butylacetát 40 až 45 % hm.

Aj v tomto pokuse bola rektifikácia ustálená, zloženia destilátu sa v priebehu dlhotrvajúeeho pokusu prakticky neměnilo. Organická fáza obsahovala 90 až 94 % hm. butylacetátu, 4 až 6 % hm. butylalkoholu a 0,1 až 0,3 °/o hm. kyseliny octovej, teda znatelné vyšší ako v příklade 1.

Příklad 3

Technologické podmienky a postup sú rovnaké ako v příklade 2, až na změnu teploty kondenzácie v deflegmátore, ktorá sa v tomto příklade udržovala na hodnotě

91,5 °C + θ,5 °C automatickou reguláciou teploty vystupujúcej chladiacej vody z deflegmátora. Zkondenzovaný podiel představuje 25 % z celkového množstva pár, odchádzajúcich z hlavy rektifikačnej kolony 2. Prevádzka esterifikáeie a rektifikácie bola poměrně ustálená, ale obsah kyseliny octovej v organickej fáze destilátu trvale kolísal v rozmedzí 0,3 až 1,2 % hm.

Příklad 4

Technologický postup a technologické podmienky sú rovnaké ako v příklade 1. Rozdiel je v rektifikačnej kolóne, ktorá v tomto příklade pozostáva z 28 klobúčikových etáži 21, vzdialených od seba 30 cm. Všetky etáže sú vybavené přepadovými priehradkami 22 o výške 50 mm.

Prevádzka rektifikácie bola poměrně dobré ustálená, ale organická fáza destilátu obsahovala pri priemernom obsahu butylacetátu 89 % hm. váčšie množstvo kyseliny octovej, priemerne až 1,9 % hm.

Příklad 5

Technologický postup a podmienky sú rovnaké ako v příklade 1, až na to, že sa použil molárny poměr kyseliny octovej : butanolu = 1,04.

Je to porovnávací pokus, pri ktorom prevádzka esterifikáeie a rektifikácie je nestabilně, čo sa prejavuje neustálou změnou zloženia obsahu osterifikačného kotlá. Obsah butylacetátu v organickej fáze destilátu je v rozmedzí 90 až 92 % hm., obsah kyseliny octovej je viac ako 3 % hm.

PREDMET

Claims (2)

1. PREDMET

   1. Sposob kontinuálnej výroby butylacetátu esterifikáciou butylalkoholu kyselinou octovou za přítomnosti kyslého katalyzátora a za podmienok kontinuálneho oddelovania vznikajúceho butylacetátu z reakčného prostredia pomocou rektifikácie, vyznačujúei sa tým, že z reakčného prostredia, obsahujúceho 1 až 8 % hmot. butylalkoholu, s výhodou 1 až 3 % hmot. butylalkoholu, neustále doplňovaného prívodom čerstvých surovin o molárnom pomere kyseliny octovej : butylalkoholu 0,97 až 1,03 s výhodou 1,00 + 0,01 a prívodom vody na vytvorenie azeotropu, sa kontinuálnou rektifikáciou získava parná fáza o teplote 89 až 92 °C, z ktorej sa prvou kondenzáciou oddělí 10 až 65 %-ná časť, s výhodou 20 až 35 -%ná časť z celkového množstva parnej fázy, ktorá sa v kvapalnom stave vracia spát ako reflux a zostávajúca časť parnej fázy sa úplné skvapalní a odvádza na ďalšiu separáciu butylacetátu, pričom množstvo skondenzovaných pár pre reflux sa reguluje tak, že sa udržuje na konštantnej hodnotě teplota chladiacej vody na jej výstupe z prvej kondenzácie pri konštantnom množstve pár, udržovanom reguláciou tlakového spádu rektifikácie v rozmedzí 1,5 až 3,5 m.
2. 2. Zariadenie na usktočňovanie sposobu podfa bodu 1, vyznačujúce sa tým, že rektifikačná kolona pozostáva z klobúčikových etáží, vzdilených od seba 37 až 45 cm a vybavených přepadovými priehradkami o výške 55 až 105 mm.