專利名稱：醋酸甲酯催化精餾水解工藝及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醋酸甲酯的非均相催化精餾水解工藝，以及水解工藝所用的催化精餾設(shè)備。
醋酸甲醋有多種水解方法，如堿解法、酸解法和陽離子交換樹脂催化水解法。目前，國內(nèi)外在聚乙醇生產(chǎn)過程中，醋酸甲酯的水解均系采用陽離子交換樹脂催化水解法。該水解法的工藝有兩種一為陽離子交換樹脂固定床水解工藝，這是國內(nèi)外現(xiàn)行的一種傳統(tǒng)的水解方法；二為陽離子交換樹脂非均相催化精餾水解方法，是目前正在研究的一種新的水解工藝。傳統(tǒng)的工藝的最主要缺點(diǎn)醋酸甲酯的分解率低，其水酯比為0.95/1.0(摩爾)時(shí)，一般約為23-25％，此時(shí)水解液中醋酸的濃度約為14％，酸水重量的比約為1.3；由于水解率低，大量未水解的醋酸甲酯需回收循環(huán)，故設(shè)備龐大且能耗高；水解液中有恒沸物存在，分離裝置復(fù)雜。
現(xiàn)有日本公開專利(8207,259和特開平5-212290)及日本文獻(xiàn)(CA，96164550n)報(bào)導(dǎo)，日本國醋酸甲酯催化精餾水解尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，其陽離子交換樹脂催化劑在塔中有兩種裝填方式；其一是把離子交換樹脂做成纖維狀纏繞在塑料棒上，而后裝填在塔中；其二是把離子交換樹脂和高密度聚乙烯在加熱熔融下模壓成圓柱形，而后充填在塔中。這兩種方法制作麻煩，催化劑更換回收困難，尤其后者長期使用催化劑會脫落流失，造成損失。其水解工藝系采用高水酯比(摩爾)和高回流比(Kg頂部蒸汽冷凝回流量/Kg醋酸甲酯進(jìn)料量)達(dá)到高分解率的目的，能耗高，難以推廣應(yīng)用。美國專利[US.Pat4215011(1980)/US.Pat4302356(1981)/US.Pat4242530(1980)]，公開了與日本國不同的催化劑填充方式，但美國的催化劑填充方式不是在醋酸甲酯催化精餾水解工藝上應(yīng)用；此填充方式簡稱“捆扎包方式”，即把催化劑以捆扎包方式填充在塔的反應(yīng)區(qū)。
本發(fā)明的目的是提供一種醋酸甲酯在陽離子交換樹脂為催化劑下進(jìn)行非均相催化精餾水解工藝及其用于此工藝的設(shè)備。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，所述工藝方法特點(diǎn)為計(jì)量的醋酸甲酯經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)入內(nèi)填充有水解催化劑凝膠型陽離子交換樹脂的催化精餾塔反應(yīng)區(qū)的底部，計(jì)量配比后的水經(jīng)預(yù)熱后同時(shí)從反應(yīng)區(qū)頂部加入，醋酸甲酯和水在反應(yīng)區(qū)內(nèi)進(jìn)行水解反應(yīng)，未水解的醋酸甲酯和水形成最低恒沸物經(jīng)冷凝再計(jì)量后回流入塔中的反應(yīng)區(qū)內(nèi)，產(chǎn)物水解液從塔下的蒸餾釜中抽出；上述工藝條件為水解溫度為55-56℃水和醋酸甲酯的摩爾比為1-6∶1；回流液和進(jìn)料醋酸甲酯的體積比為1-9.5∶1；空塔速度為每小時(shí)每立方米催化劑0.23-0.25立方米。
上述的反應(yīng)條件可根據(jù)工藝、設(shè)備等要求任一選擇，以獲取在35-98.5％范圍內(nèi)任一要求的酯分解率。
本發(fā)明的目的所述的用于水解工藝的設(shè)備即催化精餾塔，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為在參考美國專利后再適當(dāng)改進(jìn)，具體結(jié)構(gòu)為它包括一個(gè)圓柱體形塔身，塔身分為反應(yīng)精餾段和提餾段，反應(yīng)精餾段內(nèi)篩板上填充凝膠型陽離子交換樹脂催化劑構(gòu)成反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)區(qū)至少由五個(gè)內(nèi)填充有陽離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)單元垂直交錯(cuò)疊在塔中形成，所述的結(jié)構(gòu)單元為圓柱體形，外徑與塔反應(yīng)精餾段內(nèi)徑相匹配，此圓柱體形結(jié)構(gòu)單元由長寬尺寸為40-80×8-16毫米的內(nèi)填充陽離子交換樹脂的小袋肩并肩連成波狀體與同樣大小的壓成齒形角為60-120度的波紋狀60-80目的不銹鋼絲網(wǎng)疊在一起卷成一層小袋一層不銹鋼絲網(wǎng)而構(gòu)成的，不銹鋼絲網(wǎng)上每條齒形波紋與絲網(wǎng)邊形成30-75度的傾斜角。
另外，塔中反應(yīng)區(qū)內(nèi)包裹陽離子交換樹脂的小袋的材質(zhì)為絹絲布或尼龍布或滌淪布，塔中所用的不銹鋼絲網(wǎng)為鉬鈦不銹鋼絲網(wǎng)，小袋的長度為圓柱體形結(jié)構(gòu)單元的高度，小袋中充填陽離子交換樹脂催化劑高度是小袋長度的0.6-0.8倍。
本發(fā)明由于醋酸甲酯催化精餾水解所采用的催化劑是用類似捆扎包形式裝填在催化精餾塔的反應(yīng)精餾段的反應(yīng)區(qū)內(nèi)，因而本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于反應(yīng)在所述的工藝條件范圍內(nèi)進(jìn)行，相應(yīng)的酯分解率在一個(gè)寬范圍35％-98.5％變化，因而應(yīng)用者可根據(jù)具體設(shè)備、能耗及操作條件選擇酯的任一分解率所需的酯分解的工藝要求。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明的水解工藝流程設(shè)備示意圖。
圖2為本發(fā)明催化精餾塔內(nèi)結(jié)構(gòu)單元示意圖。
圖3為圖2的結(jié)構(gòu)單元截面示意圖。
圖4為構(gòu)成結(jié)構(gòu)單元的絹絲布縫成若干并排小袋的平面示意圖。
圖5為構(gòu)成結(jié)構(gòu)單元的不銹鋼絲網(wǎng)各齒形波紋排列平面示意圖。
圖6為圖5中每條齒形波紋的結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖1、圖2、圖3、圖4和圖5及圖6所示，催化精餾塔結(jié)構(gòu)為上段為反應(yīng)精餾段15，下段為提餾段16。反應(yīng)精餾段其材質(zhì)為耐熱玻璃，塔徑為25mm，塔高為900mm，內(nèi)填充有一定數(shù)量的填充凝膠型陽離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)單元17，高度為460-690mm。提餾段16材質(zhì)為耐熱玻璃；塔徑為25mm，塔高為840mm，塔中內(nèi)填充有用鉬鈦不銹鋼絲網(wǎng)(絲徑0.15mm，60目)制成的2.5×2.50環(huán)填料，填充高243-486mm。
塔中催化劑結(jié)構(gòu)單元中的小袋材質(zhì)為絹絲布或尼龍布或滌綸布，起支架和氣體通道作用的齒形波紋狀的不銹鋼絲網(wǎng)的規(guī)格為0.15絲徑、60目的鉬鈦不銹鋼絲網(wǎng)；所用催化劑為凝膠型陽離子交換樹脂，本發(fā)明的實(shí)例中采用SK-IA型，本發(fā)明的實(shí)例所用的催化精餾塔的反應(yīng)區(qū)其具體結(jié)構(gòu)為下述制作而成用絹絲布縫成9個(gè)長55mm，寬12mm的小袋18，袋中充適量的凝膠型陽離子交換樹脂，9個(gè)小袋連成一片構(gòu)成波狀體19，與同樣大小的壓成峰高為4.3mm齒形角為81度波紋狀鉬鈦不銹鋼絲網(wǎng)92一起卷成一層布袋一層金屬絲網(wǎng)的圓柱體，圓柱體外徑和塔8內(nèi)徑相同為25mm，絲網(wǎng)中齒形波紋平行排列且與底邊90或91構(gòu)成45度傾斜度。每個(gè)圓柱體為一結(jié)構(gòu)單元17，塔中的反應(yīng)精餾段15的反應(yīng)區(qū)由19個(gè)結(jié)構(gòu)單元垂直交錯(cuò)重疊而成，反應(yīng)區(qū)長度為660mm，從而上下相鄰圓柱體結(jié)構(gòu)單元中波紋絲網(wǎng)的齒形波紋走向交錯(cuò)，以增加氣液流體的湍流程度，使氣液充分接觸。
本發(fā)明的實(shí)例1-9均在上述催化精餾塔中反應(yīng)采用如下工藝醋酸甲酯由微型計(jì)量泵2經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)入塔的反應(yīng)區(qū)的底部，按一定配比的水由微型計(jì)量泵13經(jīng)預(yù)熱后從反應(yīng)區(qū)頂部加入，未水解的醋酸甲酯和水形成最低恒沸物進(jìn)入塔頂冷凝器7，冷凝液經(jīng)計(jì)量后全部回流入塔。水解液從蒸餾釜抽出，此蒸餾釜采用250mm帶溫度計(jì)的三口燒瓶10，用電熱套加熱，水解液的組成與酯的分解率由島津氣相色譜儀測試得。水解溫度為55-56度。具體的水酯比、空塔速度、回流比及所得的酯的分解物和產(chǎn)率以及酯的分解率詳見下表
實(shí)驗(yàn)實(shí)例
權(quán)利要求
1.一種醋酸甲酯催化精餾水解工藝，其特征在于計(jì)量的醋酸甲酯經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)入填充有水解催化劑凝膠型陽離子交換樹脂的催化精餾塔反應(yīng)區(qū)的底部，計(jì)量配比后的水經(jīng)預(yù)熱后同時(shí)從反應(yīng)區(qū)頂部加入，醋酸甲酯和水在反應(yīng)區(qū)內(nèi)進(jìn)行水解反應(yīng)，未水解的醋酸甲酯和水形成最低恒沸物經(jīng)冷凝再計(jì)量后回流入塔中的反應(yīng)區(qū)內(nèi)，產(chǎn)物水解液從塔下的蒸餾釜中抽出；上述工藝條件為水解溫度為55-56℃水和醋酸甲酯的摩爾比為1-6∶1；回流液和進(jìn)料酯的體積比1-9.5∶1；空塔速度為每小時(shí)每立方催化劑0.23-0.55立方米。
2.一種用于權(quán)利要求1方法的催化精餾塔，包括一個(gè)圓柱體形塔身(8)，塔分為反應(yīng)精餾段(15)和提餾段(16)，反應(yīng)精餾段內(nèi)篩板上填充有凝膠型陽離子交換樹脂構(gòu)成反應(yīng)區(qū)，其特征在于反應(yīng)區(qū)至少由五個(gè)內(nèi)填充有陽離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)單元(17)垂直交錯(cuò)疊在塔中形成，所述的結(jié)構(gòu)單元為圓柱體形，外徑與塔反應(yīng)精餾段內(nèi)徑相匹配，此圓柱體形結(jié)構(gòu)單元由長寬尺寸為40-80×8-16毫米內(nèi)填充陽離子交換樹脂的小袋(18)肩并肩連成波狀體(19)與同樣大小的壓成齒形角為60-120度的波紋狀60-80目的不銹鋼絲網(wǎng)(22)疊在一起卷成一層小袋一層不銹網(wǎng)絲網(wǎng)而構(gòu)成，不銹鋼絲網(wǎng)上每條齒形波紋(23)與絲網(wǎng)邊形成30-75度的傾斜度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的催化精餾塔，其特征在于塔中反應(yīng)區(qū)內(nèi)包裹陽離子交換樹脂的小袋的材質(zhì)為絹絲布或尼龍布或滌綸布，塔中所用的不銹鋼絲網(wǎng)為鉬鈦不銹鋼絲網(wǎng)，小袋的長度為圓柱體形結(jié)構(gòu)單元的高度，小袋中充填陽離子交換樹脂催化劑高度是小袋長度的0.6-0.8倍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種醋酸甲酯催化精餾水解工藝及其設(shè)備，其水解工藝為計(jì)量配比的水和醋酸甲酯在內(nèi)填充有陽離子交換樹脂的反應(yīng)區(qū)內(nèi)進(jìn)行催化水解反應(yīng)；未水解反應(yīng)物經(jīng)冷凝再計(jì)量配比后回流入反應(yīng)區(qū)內(nèi)，產(chǎn)物水解液從塔下蒸餾釜中抽出；水解設(shè)備結(jié)構(gòu)為設(shè)備為一圓柱體塔身，其所包含的精餾段內(nèi)的反應(yīng)區(qū)內(nèi)填充至少5個(gè)以捆扎包方式形成的催化劑結(jié)構(gòu)單元垂直交錯(cuò)而成，因而本發(fā)明能獲得35-98.5％范圍內(nèi)任一要求的酯分解率。
文檔編號C07C53/00GK1163259SQ9710130
公開日1997年10月29日 申請日期1997年1月8日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月9日
發(fā)明者王良恩, 劉家祺, 蘇文瑞, 趙之山, 鄭文華, 張金柳 申請人:福州大學(xué)