專利名稱：連續(xù)催化精餾生產(chǎn)醋酸正丁酯的方法及設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種醋酸正丁酯的生產(chǎn)方法，特別是采用連續(xù)催化反應精餾生產(chǎn)醋酸正丁酯的方法及設備。
醋酸正丁酯是化學工業(yè)的基本有機化工原料，它廣泛地應用于涂料、香料、有機合成中間體和作為多種有機化合物的溶劑?，F(xiàn)有醋酸正丁酯的生產(chǎn)方法大多采用硫酸作催化劑，采用間歇操作生產(chǎn)，這種方法的缺點是一、由于采用間歇操作，設備的生產(chǎn)能力低;二、用硫酸作催化劑嚴重腐蝕設備，從產(chǎn)品中分離催化劑需用堿中和，催化劑不能重復使用;三、硫酸有較強的氧化性，生產(chǎn)過程副反應多。為了克服硫酸法的缺點，近年來有人研究了利用固體酸作催化劑生產(chǎn)醋酸丁酯的方法，如《日用化學工業(yè)》89年第2期公開了以冰醋酸、丁醇和732樹脂及D72樹脂液相催化反應制取醋酸丁酯，但這種方法反應和精餾不是在同一個設備中進行的，而且反應時丁醇需要過量較多，造成反應后丁醇分離困難，并部分溶于水中排放掉而造成浪費。
本發(fā)明的目的是提供一種以固體酸為催化劑，使醋酸和正丁醇在一個塔內反應并精餾得到醋酸正丁酯的方法及設備，它不僅可以克服硫酸對設備造成的腐蝕，減少副反應，而且提高了設備的生產(chǎn)能力和延長了催化劑的使用壽命。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的將固體酸催化劑制成填充反應精餾塔的催化填料，原料醋酸和正丁醇從塔的中上部進料口加入，在催化劑填料層一邊反應，一邊蒸餾，反應生成的醋酸正丁酯從塔底排出，其產(chǎn)品含量為95-98.5%，未反應的丁醇、醋酸和反應生成的水、少量醋酸正丁酯從塔頂出來后經(jīng)冷凝冷卻器，進入分相器分出有機相和水相，水相可直接排放，有機相(包括丁醇、少量醋酸正丁醋和醋酸)則和原料混合后再從進料口加入塔中繼續(xù)反應。
以下是反應工藝流程及設備本發(fā)明的化學反應是可逆反應，需要在酸催化下進行反應
目前大多數(shù)工廠采用硫酸催化反應，設備腐蝕十分嚴重，經(jīng)本發(fā)明人篩選，選擇的固體酸優(yōu)選為110℃以上的聚苯乙烯系列強酸型陽離子交換樹脂，它對醋酸的轉化率可達92%以上，在放入塔前必須將催化劑放在不銹鋼網(wǎng)或玻璃纖維布上，卷成與塔經(jīng)相同大小的圓柱體或若干卷小圓柱，分成兩段裝入塔中，第一段放在原料進口段和塔頂?shù)牧泄苁嚼淠髦g，第二段放在原料進口段以下。
本發(fā)明的主要設備為反應蒸餾塔，它是一個圓柱狀容器，塔的上部為列管式冷凝器，其作用是將反應得到的產(chǎn)物部分冷凝下來，它的結構是蒸汽走管內，冷卻水走管間，列管式冷凝器下方是第一段催化填料層，然后是進料段，進料段以下是第二段催化填料層(第二段催化填料層也可以分成二層或三層)，塔底裝有產(chǎn)品出口管和再沸器入口管。
附屬設備有冷凝冷卻器、分相器、原料加熱器，再沸器和高位槽混合器，其中塔頂出口管通到冷凝冷卻器(其作用是將未反應的丁醇、醋酸和反應生成的水及少量醋酸正丁酯冷凝冷卻下來)，冷凝冷卻器的出口為分相器，分相器的底部為水相出口，上層為有機相出口，有機相出口經(jīng)計量和原料混合并預熱后返回塔進料口。
本發(fā)明的設備與普通精餾設備的區(qū)別之處在于塔頂冷凝液并不立即回流到塔內，而是先冷凝冷卻及分相后與原料混合回到塔內。
工藝條件的決定根據(jù)反應物系，查《化學手冊》，各物質的沸點如下水100℃醋酸118℃正丁醇117.7℃醋酸正丁醇126.3℃所以，我們選擇進料口物料溫度為103-115℃，塔頂列管冷凝器出口溫度為90-110℃，塔底產(chǎn)品出口溫度為120-130℃，冷凝冷卻器出口物料溫度為20-60℃。
固體酸催化填料層裝填量根據(jù)產(chǎn)量計算，但第一段和第二段裝填比例為1∶2.5～1∶6。
有機相與原料的體積流量比為0.4∶1～2.0∶1.0，醋酸與正丁醇的摩爾比為1∶0.9～1∶1.5。
本發(fā)明與現(xiàn)有硫酸催化法相比，生產(chǎn)能力可提高兩倍以上，醋酸的利用率可提高1%-3%，加熱蒸汽可減少10%-30%，介質對設備的腐蝕大為減輕。
以下結合附圖
描述本發(fā)明的工藝流程和設備結構圖中，原料醋酸和正丁醇在高位槽1經(jīng)計量后與分相器12的出口管14中出來的丁醇、醋酸等有機液體混合后，經(jīng)預熱器2進入反應精餾塔4的進料段3，物料在流到第二段催化劑填料層5反應的過程中，被塔底再沸器出來的高溫有機蒸汽加熱，低沸點的醋酸、丁醇和水蒸發(fā)，在二段催化填料5和8中繼續(xù)反應，生成的醋酸正丁酯在列管冷凝器9中冷凝下來流到塔底從管道6中排出;水和未反應的醋酸、丁醇及少量的醋酸正丁酯，則從塔頂管道10進入冷凝冷卻器11，冷至60℃以下，然后從底部出來進入分相器12，水的比重較大從分相器底部管道13排出，有機物比重小從上部排出通過管道14與高位槽1來的原料混合，進入預熱器2，然后進入反應精餾塔進料段3。
具體實施例方式實施例一、反應精餾塔1直徑為0.3米，總高5米，其中進料段3為0.5米，第一段催化填料層0.5米，第二段催化填料層3米，催化劑采用耐溫110℃以上的聚苯乙烯系列強酸陽離子交換樹脂，用不銹鋼網(wǎng)做成的圓柱體裝在塔內，醋酸和正丁酯的摩爾比按1∶1.2，分相器出口有機相與原料體積流量比為0.8∶1，通過預熱器2進入塔內，塔底溫度保持120-130℃，進料段溫度保持100-110℃，列管式冷凝器出口溫度為90-110℃，反應得到的醋酸正丁酯含量為96-97%。
實施例二、反應塔直徑0.4米，塔高6.5米，第一段催化填料層1米，第二段催化填料層4米，催化劑與實施例一相同，高位槽中醋酸與正丁酯的比例按1∶1.0，有機相與原料的體積流量比為1∶1，塔底溫度為120-130℃，進料段溫度保持103-115℃，列管式冷凝器9出口溫度為90-110℃，反應得到的醋酸正丁酯含量為95-97%。
權利要求
1.一種醋酸正丁酯的生產(chǎn)方法，是在固體酸催化劑作用下，醋酸和正丁醇液相催化生成醋酸正丁酯，其特征在于醋酸和正丁醇在反應精餾塔內以連續(xù)反應精餾的形式進行，具體工藝過程為醋酸和正丁醇經(jīng)計量后預熱進入反應精餾塔的進料段(3)，大部分原料在第二段催化填料層(5)反應，少部分氣化的原料在第一段催化填料層(8)反應，醋酸正丁酯從塔底流出，反應生成的水和少量醋酸正丁酯及醋酸、正丁醇經(jīng)列管冷凝器(9)及冷凝冷卻器(11)冷卻及分相器(12)，水份排掉，有機相和原料混合后送回反應精餾塔。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于列管冷凝器的汽相出口溫度為90-110℃，反應精餾塔(4)底部出料的溫度為120℃-130℃。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在固體酸催化劑為耐溫110℃以上的聚苯乙系列強酸型離子交換樹脂。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于有機相與原料的體積流量比為0.4∶1～2.0∶1.0，原料中醋酸與正丁醇的摩爾比為1∶0.9～1∶1.5。
5.根據(jù)權利要求1所述的生產(chǎn)方法，其特征在于塔頂未反應物回流方式為先經(jīng)過冷凝冷卻器(11)，進入分相器再和原料混合后返回進料段。
6.權利要求1所述的方法所需設備，其特征在于反應精餾塔(4)包括裝在塔上端的列管式冷凝器(9)、在冷凝器(9)下方的第一段催化填料層(8)、進料段(3)以及第二段催化填料層(5)。
7.權利要求1所述的方法所需設備，其特征在于還包括在反應精餾塔(4)下方的再沸器(7)、與塔頂氣體出口管(10)相連的冷凝冷卻器(11)和與冷卻器(11)相連的分相器，以及原料高位槽(1)、預熱器(2)。
8.根據(jù)權利要求6所述的設備，其特征在于催化填料層(8)和(5)為不銹鋼網(wǎng)或玻璃纖維網(wǎng)做成的圓柱體，里面裝入固體酸催化劑，第一段和第二段催化劑裝填比例為1∶2.5～1∶6。
全文摘要
本發(fā)明是一種醋酸正丁酯的生產(chǎn)方法及設備，其特點是將醋酸和正丁醇在一個反應精餾塔中一次反應精餾得到95—98％的醋酸正丁酯，其設備包括裝有列管冷凝器和兩段固體酸催化填料層的反應精餾塔及再沸器、冷凝冷卻器、分相器等，本發(fā)明的方法比傳統(tǒng)硫酸法生產(chǎn)能力提高兩倍以上，而且提高了醋酸轉化率和減少了加熱蒸汽用量，減輕了設備的腐蝕。
文檔編號C07C69/02GK1107136SQ9410840
公開日1995年8月23日 申請日期1994年7月16日 優(yōu)先權日1994年7月16日
發(fā)明者童張法, 韋藤幼, 廖安平, 龍云飛, 李艷琳 申請人:廣西大學