Patents

Search tools Text Classification Chemistry Measure Numbers Full documents Title Abstract Claims All Any Exact Not Add AND condition These CPCs and their children These exact CPCs Add AND condition
Exact Exact Batch Similar Substructure Substructure (SMARTS) Full documents Claims only Add AND condition
Add AND condition
Application Numbers Publication Numbers Either Add AND condition

Způsob výroby izobutylacetátu a zařízení k provádění tohoto způsobu

Abstract

Způsob výroby izobutylacetátu esterifikací kyseliny octové izobutylakoholem za přítomnosti pevného kyselého katalyzátoru při současném destilačním oddělování složek, při němž se kyselina octová a izobutylalkohol odděleně uvádějí v molárním poměru 1:1 až 1:10 a v definovaném množství na jednotku katalyzátoru so systému rozděleného do tří zón, přičemž v reakční zóně probíhá reakce současně s destilační separací složek, nástřik kyseliny octové se vede dovnitř reakční zóny nebo nad tuto zónu a nástřik izobutylakoholu se vede do reakční zóny nebo pod tuto zónu, v horní separační zóně se odděluje těkavá směs, která se po ochlazení na 5 až 80.degree.C rozděluje na vodnou organickou fázi a tato organická fáze se vrací jako reflux do systému, a to při poměru mezi nástřikem vstupních složek a refluxním tokem organické fáze 1:1 až 1:20, přičemž refluxní zpětný tok činí 5 až 100 % z celkového množství vydělené organické fáze, a izobutylacetát se odděluje jako výševroucí patní složka, a zařízení k ŕ

Landscapes

Show more

CZ285558B6

Czechia

Other languages
English
Inventor
Jiří Ing. Csc. Kolena
Jaromír Ing. Csc. Lederer
Vladimír Ing. Macek
Pavel Ing. Morávek
Drsc. Hanika Jiří Prof. Ing.
Quido Ing. Smejkal
Willem Levering
Oliver Bailer

Worldwide applications
1998 CZ 1999 AR

Application CZ98901A events
Show all events

Description

Oblast techniky
Vynález se týká způsobu syntézy izobutylacetátu esterifikací kyseliny octové izobutylalkoholem, který využívá katalytické destilace v koloně, v níž kromě esterifíkační reakce na katalyticky aktivní výplni dochází současně k rektifikační separaci reakČních produktů, a zařízení k provádění tohoto způsobu.
Dosavadní stav techniky
Izobutylacetát se připravuje reakcí izobutylalkoholu a kyseliny octové, kterou vzniká vedle 15 izobutylacetátu i voda. Reakce je rovnovážná a urychluje se přítomností kyselých katalyzátorů.
Za tím účelem se používají převážně minerální kyseliny, zejména kyselina sírová, nebo nověji pevné kyselé katalyzátory, např. podle CZ 191357 a CZ 279562. Těmito kyselými katalyzátory jsou hlavně kyselé iontoměniče, popř. zeolity, takzvané pevné superkyseliny a podobně.
Reakce se podle dosud známých postupů provádí obvykle tak, že v reaktoru se dosáhne téměř rovnovážného složení reakční směsi, které je závislé na výchozím molámím poměru reagujících složek. Vzniklá směs se rektifíkuje na koloně tak, že je vy dešti lovávána směs, složením blízká temámímu heterogennímu azeotropu, obsahující izobutylalkohol, izobutylacetát a vodu. Pro oddestilování izobutylacetátu ve formě azeotronu nestačí ovšem voda vznikající reakcí, takže je nutno do destilující směsi přidávat další vodu. Tím se zvětší objem odpadní vodné fáze, kterou je nutné následně zpracovávat, což patří k nevýhodám dosud známých postupů. Velmi často bývají obě uvedené operace spojeny tak, že syntéza probíhá přímo ve vařáku destilační kolony. Oddělení vodné fáze heterogenního azeotropu umožňuje následnou separaci izobutylacetátu od izobutylalkoholu v navazující rektifikační koloně. Organická fáze získaná po rozdělení hetero30 genního azeotropu obsahuje izobutylacetát, izobutylalkohol a určité množství vody. Z této směsi se pak návaznou destilační rektifikací odděluje izobutylalkohol a zbytky vody spolu s částí izobutylacetátu. Takto získaný hlavový produkt druhé kolony se recykluje do esterifikace, zatímco jako patní produkt se získává čistý izobutylacetát. Oddělení nezreagovaného izobutylalkoholu od izobutylacetátu je ovšem velmi náročné vzhledem ktomu, že se jedná o silně neideální směs, kde izobutylalkohol a izobutylacetát vytvářejí binární azeotrop, a kromě toho tvoří s vodou temámí azeotrop s minimální teplotou varu. Z vodné fáze, oddělené z destilátu první kolony, se pak pomocí další destilační kolony vydestiluje rozpuštěný izobutylacetát a izobutylalkohol a tato směs alkoholu a acetátu se vrací do procesu. Složitý způsob dělení reakčních složek esterifikace od sebe je hlavní nevýhodou těchto známých postupů. U postupů, které jako katalyzátor používají minerální kyseliny, ktomu ještě přistupují závažné korozní problémy.
Podstata vynálezu
Uvedené nevýhody známých postupů odstraňuje způsob výroby izobutylacetátu podle vynálezu, který spočívá vtom, že za přítomnosti pevného kyselého katalyzátoru se při současném destilačním oddělování složek kyselina octová a izobutylalkohol odděleně uvádějí v molámím poměru 1 : 1 až 1 : 10 a množství, vyjádřeném jako celkový průtok přiváděných složek, vztažený 50 na jednotku objemu katalyzátoru, 0,1 až 10 h'1, do systému, v němž reakce a destilační separace probíhá ve třech zónách, přičemž v reakční zóně probíhá reakce současně s destilační separací složek s rozdílnými teplotami varu a ve dvou separačních zónách probíhá pouze destilační separace složek, přičemž voda, vznikající jako vedlejší produkt reakce, destiluje ze systému ve formě nízkovroucí azeotropické směsi, načež se po ochlazení destilátu na 5 až 80 °C odděluje od
- 1 CZ 285558 B6 organické části destilátu a odebírá ze systému, zatímco organické složky destilátu se vracejí zpět jako refluxní tok, přičemž nástřik kyseliny octové a izobutylalkoholu se vedou do systému tak, že nástřik kyseliny octové se vede dovnitř reakční zóny nebo nad tuto zónu, a to do místa umístěného výše, než nástřik izobutylalkoholu a nástřik izobutylalkoholu se vede do reakční zóny nebo pod tuto zónu, přičemž poměr mezi nástřikem vstupních složek do reakce a refluxním tokem organické fáze je 1 : 1 až 1 : 20 a refluxní zpětný tok činí 50 až 100% z celkového množství vydělené organické fáze a izobutylacetát se odděluje jako výševroucí patní složka. Jako katalyzátoru lze použít kyselého iontoměniče, například sulfonovaného kopolymeru styrenu s 1 až 25 % hmotn. divinylbenzenu s kyselostí 1 až 10meq(fT)/g. Lze však použít libovolné jiné typy kyselých iontoměničových pryskyřic, nebo např. kyselé zeolity a jiné známé typy kyselých katalyzátorů.
Výhodné provedení tohoto způsobu probíhá při parametrech molámího poměru kyseliny octové k izobutylalkoholu 1:1 až 1:1,5, průtoku přiváděných vstupních složek, vztaženého na jednotku objemu katalyzátoru, 0,5 až 5 h_1, poměru mezi nástřikem vstupních složek do reakce a refluxním tokem organické fáze 1 : 2 až 1 : 7 a konečně refluxního zpětného toku 80 až 99 % z celkového množství vydělené organické fáze. Místo nástřiku čisté kyseliny octové může být nastřikována částečně zreagovaná směs kyseliny octové a izobutylalkoholu, takže nástřikový proud, obsahující kyselinu octovou, může obsahovat rovněž izobutylacetát a/nebo vodu a/nebo menší část nezreagovaného izobutylalkoholu.
Způsob podle vynálezu probíhá výhodně v zařízení, které je tvořeno kolonou, sestávající ze tří zón, přičemž reakční zóna, umístěná ve střední části kolony, obsahuje pevný kyselý katalyzátor, ve výhodném uspořádání zakotvený ve známých typech orientovaných výplní s vnitřní kanálkovou strukturou, kde katalyzátor je fixován mezi dvěma vrstvami inertního porézního materiálu, tvořícího strukturu výplně, spodní separační zóna a horní separační zóna obsahují inertní sypané výplně, strukturované orientované výplně známých typů, nebo destilační vestavby, potrubí nástřiku kyseliny je napojeno do horní části reakční zóny nebo nad tuto zónu, potrubí nástřiku izobutylalkoholu je zavedeno do spodní části reakční zóny nebo pod tuto zónu, pata kolony je opatřena vařákem, odtah izobutylacetátu je vyveden z vařáku nebo z paty kolony a horní část kolony je ukončena hlavou, která je opatřena odvodem par destilátu do kondenzátoru, z něhož vychází potrubí zkondenzovaného destilátu do děličky, z níž je v dolní části vyvedeno potrubí vodní fáze destilátu, v horní části potrubí pro reflux a potrubí pro odvod nerefluxované organické části destilátu.
Z uvedené podstaty vynálezu je zřejmé, že způsobem podle vynálezu lze dosáhnout vyššího, než rovnovážného, prakticky až stoprocentního stupně přeměny výchozích složek na izobutylacetát. Separační zóny plní zejména funkci oddělování produktů reakce, tj. izobutylacetátu a vody, od výchozích složek, tj. kyseliny octové a izobutylalkoholu a vracení těchto výchozích složek zpět do reakční zóny, přičemž izobutylacetát je kontinuálně oddělován jako výševroucí patní složka a voda je oddělována ve formě těkavého temámího heterogenního azeotropu jako destilát a po oddělení od organické části tohoto destilátu, která obsahuje hlavně izobutylalkohol a izobutylacetát, je oddělována ze systému a organická část destilátu je celá nebo z větší části vracena jako zpětný tok. Poměr mezi nástřikem vstupních složek do reakce a refluxním tokem organické fáze je 1 : 1 až 1 : 20 a refluxní zpětný tok činí 50 až 100 % z celkového množství vydělené organické fáze.
Vstupní složky, tj. kyselina octová a izobutylalkohol, mohou být nastřikovány do reakce buď v ekvimolámím poměru, nebo s molámím přebytkem izobutylalkoholu tak, aby zreagovala veškerá kyselina octová. Pokud je způsob podle vynálezu prováděn za atmosférického tlaku, dochází k ustálení teplotního režimu kolony tak, že ve vařáku kolony je teplota 110 až 120 °C a v hlavě kolony 87 až 104 °C. Způsob podle vynálezu však může být prováděn i za sníženého tlaku. Nástřik vstupních složek do kolony je realizován tak, že izobutylalkohol se uvádí do nižšího místa kolony, než nástřik kyseliny octové. Při obvyklém provedení způsobu se
-2 CZ 285558 B6 izobutylalkohol uvádí pod katalytickou zónu nebo do její spodní části, zatímco kyselina octová se nastřikuje nad tuto zónu nebo do její horní části.
Z hlavy kolony odcházející páry kondenzují za vzniku směsi, která se po ochlazení na 80 až 5 °C dělí na vodnou a organickou fázi, přičemž organická fáze se všechna, nebo její větší část vrací zpět na hlavu kolony jako zpětný tok. Vodná fáze, obsahující rozpuštěné množství izobutylalkoholu a izobutylacetátu, se odtahuje. Rozpuštěný ester a alkohol se může z této fáze vystripovat a obě složky lze vrátit do procesu. Z vařáku kolony při teplotě 110 až 120 °C se kontinuálně odebírá žádaný produkt reakce, bezvodý izobutylacetát. Jeho čistota závisí na molámím poměru a množství vstupních složek, nastřikovaných do zařízení, a množství katalyzátoru ve vztahu k nastřikovanému množství vstupních složek a rovněž na jeho aktivitě. Získaný produkt má kvalitu buď vhodnou přímo pro komerční využití, nebo jej lze na tuto kvalitu upravit nepříliš náročnou navazující destilací.
Přehled obrázků na výkrese
Na přiloženém výkrese je na obrázku znázorněno zařízení k provádění způsobu podle vynálezu, které je tvořeno kolonou 1 sestávající ze tří zón, přičemž reakční zóna 2, umístěná ve střední části kolony 1, obsahuje pevný katalyzátor, spodní separační zóna 3 a horní separační zóna 4 obsahují orientované výplně, inertní sypané výplně nebo destilační vestavby, potrubí nástřiku kyseliny octové 5 je umístěno v horní části reakční zóny 2 nebo nad touto zónou, potrubí nástřiku izobutylalkoholu 6 je přivedeno do spodní části reakční zóny 2 nebo pod tuto zónu, spodní část kolony 1 je ukončena patou kolony 7 a opatřena vařákem 8, k němuž je připojen odtah izobutylacetátu 9 a horní část kolony je zakončena hlavou kolony 10, která je opatřena odvodem par destilátu 11 do kondenzátoru 12, z něhož je vyvedeno potrubí zkondenzovaného destilátu 13 do děličky 14, z níž je v dolní části vyvedeno potrubí vodné fáze destilátu 15, v horní části potrubí pro reflux 16 a potrubí pro odvod nerefluxované organické části destilátu 17.
V popsaném zařízení probíhá způsob podle vynálezu tak, že nástřik kyseliny octové 5 se přivádí do dolní části horní separační zóny 4 nebo do horní části reakční zóny 2, zatímco nástřik izobutylalkoholu 6 se přivádí do horní části spodní separační zóny 3 nebo do spodní části reakční zóny 2, přičemž vznikající izobutylacetát se odvádí odtahem izobutylacetátu 9 z vařáku 8, variantně též z paty kolony 7, přičemž páry destilátu, obsahující reakční vodu, část izobutylacetátu a zbytky nezreagovaného izobutylalkoholu odcházejí z hlavy kolony 10 do kondenzátoru 12, z nějž se odvádějí ve formě zkondenzovaného destilátu do děličky 14, kde se odděluje vodná fáze destilátu od organických složek, které se z děličky 14 úplně nebo zčásti vracejí zpět do kolony L Část organických složek se může odvádět.
Příklady provedení vynálezu
Příklad 1
Schematický nákres zařízení podle vynálezu je uveden na výkrese obr. 1. Atmosférická kontinuálně pracující kolona 1 katalytické destilace byla rozdělena do tří zón. Střední část kolony 1 tvoří reakční zóna 2. Pod reakční zónou 2 je spodní separační zóna 3 a nad reakční zónou 2 je horní separační zóna 4. K patě kolony 7 je připojen vařák 8, k hlavě 10 kolony je připojen kondenzátor 12, k němuž je dále připojena dělička 14.
Reakční zóna 2 byla naplněna katalyticky aktivní výplní, obsahující 33 g kyselého iontoměniče. Ve spodní separační zóně 3 i v horní separační zóně 4 byla umístěna sypaná výplň (Berlová sedélka o průměru 4 mm). Délka separačních zón 3 a 4 činila 0,5 m.
-3 CZ 285558 B6
Způsob výroby spočíval v tom, že do spodní separační zóny 3 byl přiveden nástřik izobutylalkoholu potrubím 6 a do horní separační zóny 4 nástřik kyseliny octové potrubím 5. Obě uvedené výchozí látky byly přiváděny rychlostí 0,3 mol/h. Páry destilátu odcházely odvodem 11 z hlavy 10 kolony do kondenzátoru 12. Zkondenzovaný destilát byl přiveden potrubím 13 z kondenzátoru 12 do děličky 14. Vznikající reakční voda byla odtahována rychlostí 4,9 g/h ve formě vodné fáze destilátu potrubím 15 z děličky 14, zatímco veškerá organická fáze destilovaného azeotropu byla vracena jako reflux potrubím 16, do kolony J. Surový izobutylacetát byl v množství 33 g/h odváděn odtahem 9 izobutylacetátu z vařáku 8 tak, že v něm byla udržována konstantní hladina. Konverze reakce v tomto uspořádání činila 92 %.
Příklad 2
Esterifikace izobutylalkoholu kyselinou octovou byla prováděna v aparatuře, skládající se z vařáku 8 objemu 50 litrů, kolony 1 opatřené kondenzátorem 12 s děličkou 14. Kolona 1 katalytické destilace sestávala z reakční zóny 2, plněné katalyticky aktivní výplní KATAPAK® S se 710 g kyselého iontoměniče v tT formě. Dolní separační zóna 3 i horní separační zóna 4 byly plněny orientovanou výplní o účinnosti 10 teoretických pater. Kyselina octová byla nastřikována potrubím 5 v množství 0,55 kg/h do reakční zóny 2, izobutylalkohol byl v množství 0,75 kg/h nastřikován potrubím 6 na horní okraj spodní separační zóny 3. Voda vznikající reakcí byla odtahována z děličky 14 potrubím 15, organická fáze byla refluxována potrubím 16 do kolony 1, část organické fáze (37 g/h) byla odtahována jako destilát potrubím 17. Odtahem 9 izobutylacetátu byla udržována konstantní zádrž ve vařáku 8. Produkt obsahoval kromě izobutylacetátu 0,1 % hmotn. kyseliny octové a 4,8 % hmotn. izobutylalkoholu.
Příklad 3
Zařízení i postup byly stejné, jako v příkladu 2, s tím rozdílem, že spodní separační zóna 3 i horní separační zóna 4 byly plněny orientovanou výplní o účinnosti 20 teoretických pater. Vodná fáze byla v množství 0,172 kg/h odtahována potrubím 15 z děličky 14, zatímco organická fáze destilátu byla vracena rychlostí 9,0 kg/h jako reflux potrubím 15 na hlavu 10 kolony, přičemž jako odtah destilátu potrubím 17 bylo odtahováno 0,43 kg/h organické fáze. Z vařáku 8 se odtahovalo 1,07 kg/h izobutylacetátu odtahem 9 o čistotě 99 % hmotn.
Příklad 4
Uspořádání kolony katalytické destilace 1 bylo stejné, jako v příkladu 3, s tím rozdílem, že spodní separační zóna 3 měla účinnost 15 teoretických pater a horní separační zóna 4 měla účinnost 25 teoretických pater. Postup provedení a množství nástřiků bylo rovněž stejné jako v příkladu 3. Z vařáku 8 bylo odtahováno 1,072 kg/h izobutylacetátu odtahem 9 o čistotě 98,9 % hmotn.
Průmyslová využitelnost
Vynález je využitelný v chemickém průmyslu. Získaný produkt je vhodný zejména jako rozpouštědlo při výrobě a využití nátěrových hmot a jako extrakční činidlo ve farmacii a biotechnologiích.

Claims (9)
Hide Dependent

1. Způsob výroby izobutylacetátu esterifíkací kyseliny octové izobutylalkoholem za přítomnosti pevného kyselého katalyzátoru při současném destilačním oddělování složek, vyznačený tím, že kyselina octová a izobutylalkohol se odděleně uvádějí vmolámím poměru 1 : 1 až 1 : 10 a v množství, vyjádřeném jako celkový průtok přiváděných vstupních složek, vztažený na jednotku objemu katalyzátoru, 0,1 až 10 h“1, do systému, v němž reakce a destilační separace probíhá ve třech zónách, přičemž v reakční zóně probíhá reakce současně s destilační separací složek s rozdílnými teplotami varu a ve dvou separačních zónách probíhá destilační separace složek, přičemž voda, vznikající jako vedlejší produkt reakce, vytvářející s izobutylalkoholem a izobutylacetátem nízkovroucí azeotropickou směs, destiluje ze systému, načež se po ochlazení destilátu na 5 až 80 °C odděluje od organických složek destilátu a odebírá ze systému, zatímco organické složky destilátu se vracejí zpět jako refluxní tok, přičemž nástřiky kyseliny octové a izobutylalkoholu se vedou do systému tak, že nástřik kyseliny octové se vede dovnitř reakční zóny nebo nad tuto zónu, a to do místa, umístěného výše, než nástřik izobutylalkoholu a nástřik izobutylalkoholu se vede do reakční zóny nebo pod tuto zónu, přičemž poměr mezi nástřikem vstupních složek do reakce a refluxním tokem organické fáze zpět do reakce je 1 : 1 až 1 : 20 a refluxní zpětný tok činí 50 až 100 % z celkového množství vydělené organické fáze a izobutylacetát se odděluje jako výševroucí patní složka.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že kyselina octová a izobutylalkohol se do systému uvádějí v molámím poměru 1 : 1 až 1 : 1,5.
3. Způsob podle nároků 1 nebo 2, vyznačený tím, že celkový průtok přiváděných vstupních složek, vztažený na jednotku objemu katalyzátoru, je 0,5 až 5 h1.
4. Způsob podle nároků 1 nebo 2 nebo 3, vyznačený tím, že poměr mezi nástřikem vstupních složek do reakce a refluxním tokem organické fáze zpět do reakce je 1 : 2 až 1 : 7.
5. Způsob podle nároků 1 nebo 2 nebo 3 nebo 4, vyznačený tím, že refluxní zpětný tok činí 80 až 99 % z celkového množství vydělené organické fáze.
6. Způsob podle nároků laž 5, vyznačený tím, že vstupní kyselina octová obsahuje také izobutylacetát a/nebo vodu a/nebo izobutylalkohol.
7. Zařízení k provádění způsobu podle nároků laž6, vyznačující se tím, že je tvořeno kolonou (1) sestávající ze tří zón, přičemž reakční zóna (2), umístěná ve střední části kolony (1), obsahuje pevný kyselý katalyzátor, spodní separační zóna (3) a horní separační zóna (4) obsahují inertní sypané výplně, orientované výplně nebo destilační vestavby, potrubí (5) nástřiku kyseliny octové je umístěno v horní části reakční zóny (2) nebo nad touto zónou, potrubí (6) nástřiku izobutylalkoholu je přivedeno do spodní části reakční zóny (2) nebo pod tuto zónu, spodní část kolony (1) je ukončena patou (7) kolony, ta je opatřena vařákem (8), odtah (9) izobutylacetátu je vyveden z vařáku (8) nebo paty (7) kolony a horní část kolony je zakončena hlavou (10), která je opatřena odvodem (11) par destilátu do kondenzátoru (12), k němuž je připojeno potrubí (13) zkondenzovaného destilátu do děličky (14), z níž je v dolní části vyvedeno potrubí (15) vodné fáze destilátu v horní části potrubí (16) pro reflux a potrubí (17) pro odvod nerefluxované organické části destilátu.
8. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že pevný kyselý katalyzátor je v reakční zóně (2) pevně fixován na destilačních patrech.
- 5 CZ 285558 B6
9. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že pevný kyselý katalyzátor je v reakční zóně (2) fixován systémy ve struktuře zajišťujícími kontakt mezi kapalnou fází a částicemi katalyzátoru, rovněž tak kontakt mezi kapalnou a parní fází při protiproudém pohybu 5 těchto fází.