一種反應(yīng)與蒸汽滲透脫水耦合的己酸乙酯合成裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種反應(yīng)與蒸汽滲透脫水耦合的己酸乙酯合成裝置，屬于滲透汽化膜分離應(yīng)用及有機(jī)物合成技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]己酸乙酯是常用溶劑，也是有機(jī)合成領(lǐng)域重要的合成中間體之一，可用于配制食品用香精。該酯是具有曲香、葡萄、菠蘿香味的無(wú)色液體，故也可用于煙草及酒類的調(diào)香。生產(chǎn)過(guò)程中主要采用酸催化直接酯化生產(chǎn)己酸乙酯。此法通常以苯或甲苯作為帶水劑，反應(yīng)過(guò)程中與乙醇，水形成共沸物蒸出后，再分相回流脫水，至精餾柱塔頂無(wú)水從反應(yīng)物質(zhì)中帶出，蒸餾除去反應(yīng)釜內(nèi)料液中的苯(甲苯)與乙醇，即可獲得己酸乙酯粗品。但在己酸乙酯精制過(guò)程中需將產(chǎn)品中含有的苯或甲苯除去，該過(guò)程不僅對(duì)環(huán)境造成了污染，而且造成了額外的生產(chǎn)成本。
[0003]透水膜具有水選擇性高，滲透性優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，在有機(jī)溶劑脫水過(guò)程中表現(xiàn)出了良好的分離性能。滲透汽化膜分離技術(shù)被認(rèn)為是一種高效節(jié)能的新型分離技術(shù)，該過(guò)程主要利用有機(jī)物在膜中的溶解和擴(kuò)散速率小于水在膜中的溶解和擴(kuò)散，從而實(shí)現(xiàn)有機(jī)物中水分的脫除。將滲透汽化膜脫水技術(shù)用于己酸乙酯的合成，主要以過(guò)量的乙醇為帶水劑，無(wú)腐蝕，無(wú)污染，能夠在不使用苯或甲苯的情況下實(shí)現(xiàn)酯化反應(yīng)的在線脫水，提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服己酸乙酯合成反應(yīng)中使用第三組分將反應(yīng)過(guò)程中生成的水及時(shí)脫除的問(wèn)題，提出了一種己酸乙酯合成反應(yīng)與蒸汽滲透脫水耦合的裝置。通過(guò)精餾柱、料液栗、膜組件、冷卻器將反應(yīng)釜餾出的餾出液進(jìn)行蒸汽滲透脫水，不斷除去反應(yīng)過(guò)程中生成的水，該方法在不引入第三組分的情況下實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)生成的水不斷的脫除，提高了轉(zhuǎn)化率，減少了有害物質(zhì)的排放，降低了生產(chǎn)成本。
[0005]—種反應(yīng)與蒸汽滲透脫水耦合的己酸乙酯合成工藝，包括如下步驟:在催化劑的作用下，由己酸與乙醇進(jìn)行酯化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的氣態(tài)混合物進(jìn)行精餾，至少部分的精餾得到的塔頂輕組分進(jìn)入蒸汽滲透膜進(jìn)行脫水，脫水后的物料返回至己酸與乙醇的反應(yīng)體系。
[0006]蒸汽滲透膜的材質(zhì)選自分子篩膜、殼聚糖膜或PVA膜，優(yōu)選分子篩膜。
[0007]采用的催化劑選自濃硫酸、對(duì)甲苯黃酸或者硫酸氫鈉。
[0008]精餾的塔內(nèi)壓力操作方式采取常壓或加壓，優(yōu)選常壓。
[0009]精餾的回流比是O?10。
[0010]蒸汽滲透膜原料側(cè)的表壓為O?IMPa。
[0011 ] 蒸汽滲透膜滲透?jìng)?cè)的絕壓是10?8000Pa。
[0012]—種反應(yīng)與蒸汽滲透脫水耦合的己酸乙酯合成裝置，包括有反應(yīng)釜、精餾柱、蒸汽滲透膜，精餾柱設(shè)置于反應(yīng)釜的頂部，精餾柱的頂部連接于塔頂冷凝器的入口，塔頂冷凝器的至少一個(gè)出口通連接于蒸汽滲透膜的料液側(cè)的入口，蒸汽滲透膜的料液側(cè)的出口連接于反應(yīng)爸。
[0013]塔頂冷凝器的至少一個(gè)出口與蒸汽滲透膜的料液側(cè)的入口的連接方式是:塔頂冷凝器的至少一個(gè)出口依次通過(guò)回流罐、回流栗、蒸發(fā)器連接蒸汽滲透膜。
[0014]作為上述方案的替代，塔頂冷凝器的至少一個(gè)出口與蒸汽滲透膜的料液側(cè)的入口的連接方式是:塔頂冷凝器的至少一個(gè)出口通過(guò)過(guò)熱器連接于蒸汽滲透膜。這種方式可以由蒸汽直接過(guò)熱進(jìn)料，節(jié)約了能耗。
[0015]蒸汽滲透膜的滲透?jìng)?cè)連接有滲透液冷凝器、真空栗和滲透液罐。
[0016]蒸汽滲透膜的料液側(cè)的出口與反應(yīng)釜的連接方式是:蒸汽滲透膜的料液側(cè)的出口依次通過(guò)成品冷卻器、成品緩沖罐、輸送栗與反應(yīng)釜連接。
[0017]有益效果
[0018]與傳統(tǒng)技術(shù)相比，本實(shí)用新型酯化反應(yīng)過(guò)程中無(wú)需引入第三組分，即可將反應(yīng)過(guò)程生成的水連續(xù)地進(jìn)行脫除，避免了第三組分后期處理的回收費(fèi)用及對(duì)環(huán)境的二次污染，降低了生產(chǎn)成本。同時(shí)該過(guò)程以乙醇作為帶水劑，經(jīng)脫水后可直接循環(huán)利用，減少了乙醇的排放；滲透汽化膜材料脫水效率高，在較短的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)即可保證較高的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率；本實(shí)用新型的反應(yīng)釜上的精餾柱塔頂壓力操作方式多樣，即加壓操作時(shí)，可實(shí)現(xiàn)塔頂餾出物經(jīng)部分冷凝后，蒸汽經(jīng)補(bǔ)熱直接進(jìn)入滲透汽化膜分離系統(tǒng)，避免了二次蒸發(fā)，降低了能耗；常壓操作時(shí)，餾出物經(jīng)冷凝后，部分回流，部分作為蒸汽滲透膜分離系統(tǒng)的原料，經(jīng)蒸發(fā)器汽化后，進(jìn)入膜組件進(jìn)行脫水，該過(guò)程使得反應(yīng)釜與蒸汽滲透膜組件在操作條件方面相互獨(dú)立，操作方便，系統(tǒng)易于穩(wěn)定；本實(shí)用新型的膜分離系統(tǒng)脫水效率高，反應(yīng)時(shí)間短，提高了生產(chǎn)效率；本實(shí)用新型的膜分離系統(tǒng)中脫除的水中有機(jī)物含量較小，污水處理簡(jiǎn)單，資源回收率高。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本實(shí)用新型提供的己酸乙酯合成反應(yīng)與蒸汽滲透膜脫水耦合工藝的流程圖。
[0020]圖2是另一種己酸乙酯合成反應(yīng)與蒸汽滲透膜脫水耦合工藝的流程圖。
[0021]I為反應(yīng)釜，2為精餾柱，3為塔頂冷凝器，4為回流罐，5為回流栗，6為蒸發(fā)器，7為蒸汽滲透膜，8為成品冷卻器，9為成品緩沖罐，10為輸送栗，11為滲透液冷凝器，12為真空栗，13為滲透液罐，14為過(guò)熱器。
【具體實(shí)施方式】
[0022]實(shí)施例1
[0023]如圖1所示，在反應(yīng)釜中，1.5kg己酸與2.25L無(wú)水乙醇在0.0045kg濃硫酸催化劑催化作用下進(jìn)行酯化反應(yīng)，反應(yīng)釜內(nèi)的溫度為80°C，常壓下精餾柱塔頂控制在78°C左右，其中精餾柱高度0.8 m、塔徑約為37 mm，精餾柱內(nèi)填充有3 mmX0.5 mm規(guī)格的玻璃彈簧填料。反應(yīng)釜內(nèi)產(chǎn)生的蒸氣在精餾柱內(nèi)與回流液進(jìn)行熱與質(zhì)的傳遞，塔頂餾出液一部分作為回流液，回流比為5，另一部分作為蒸汽滲透脫水過(guò)程的原料液，經(jīng)蒸發(fā)器6加熱汽化后進(jìn)入膜分離機(jī)組，料液側(cè)壓力控制在0.25MPa左右。該膜分離機(jī)組由2根單管NaA分子篩膜組件串聯(lián)而成，膜面積為0.03 m2，滲透?jìng)?cè)壓力控制在300Pa。脫水后的純度較高的乙醇溶液冷卻后返回至反應(yīng)釜中繼續(xù)參與反應(yīng)及帶出反應(yīng)生成的水；滲透液蒸汽在真空栗抽吸下進(jìn)入冷凝器，冷凝后至滲透液儲(chǔ)罐進(jìn)行收集。反應(yīng)進(jìn)行至6.7h后反應(yīng)釜中水含量為0.27wt.%，酸值為16.8mg (KOH) /g，停止反應(yīng)，蒸出反應(yīng)物中乙醇，中和、水洗后，減壓蒸餾得到產(chǎn)品，計(jì)算收率為88.9%。
[0024]實(shí)施例2
[0025]如圖2所示，在反應(yīng)釜中，3kg己酸與4.5L無(wú)水乙醇在0.2kg對(duì)甲苯黃酸催化劑催化作用下進(jìn)行酯化反應(yīng)，反應(yīng)釜內(nèi)的溫度為110°C，在0.15MPa左右操作壓力下精餾柱塔頂溫度控制在100°C左右，其中精餾柱高度0.8 m、塔徑約為37 _，精餾柱內(nèi)填充有3 mmX0.5_規(guī)格的玻璃彈簧填料。反應(yīng)釜內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)部分冷凝后，冷凝液作為回流液，回流比為2，未凝蒸汽經(jīng)補(bǔ)熱器補(bǔ)熱后進(jìn)入膜分離機(jī)組，料液側(cè)操作壓力約為0.3MPa。該膜分離機(jī)組由3根單管NaA分子篩膜組件串聯(lián)而成，膜面積為0.045 m2，滲透?jìng)?cè)壓力為560Pa。脫水后的純度較高的乙醇溶液冷卻后返回至反應(yīng)釜中繼續(xù)參與反應(yīng)及帶出反應(yīng)生成的水；滲透液蒸汽在真空栗抽吸下進(jìn)入冷凝器，冷凝后至滲透液儲(chǔ)罐進(jìn)行收集。反應(yīng)進(jìn)行至2.3h后反應(yīng)釜中水含量為0.09wt.%，酸值為10.8mg(KOH)/g，停止反應(yīng)，蒸出反應(yīng)物中乙醇，中和、水洗后，減壓蒸餾得到產(chǎn)品，計(jì)算收率為92.8%。
[0026]實(shí)施例3
[0027]如圖1所示，在反應(yīng)爸中，2kg己酸與1.6L無(wú)水乙醇在0.005kg硫酸氫鈉復(fù)合催化劑催化作用下進(jìn)行酯化反應(yīng)，反應(yīng)釜內(nèi)的溫度為90°C，常壓下精餾柱塔頂控制在78°C左右，其中精餾柱高度0.8 m、塔徑約為37 mm，精餾柱內(nèi)填充有3 mmX0.5 mm規(guī)格的玻璃彈簧填料。反應(yīng)釜內(nèi)產(chǎn)生的蒸氣在精餾柱內(nèi)與回流液進(jìn)行傳熱與傳質(zhì)，塔頂餾出液一部分作為回流液，回流比為3，另一部分作為蒸汽滲透脫水過(guò)程的原料液，經(jīng)蒸發(fā)器加熱汽化后進(jìn)入膜分離機(jī)組，料液側(cè)壓力控制在0.2MPa左右。該膜分離機(jī)組由2根單管T型分子篩膜組件串聯(lián)而成，膜面積為0.03 m2，滲透?jìng)?cè)壓力控制在267Pa。脫水后的純度較高的乙醇溶液冷卻后返回至反應(yīng)釜中繼續(xù)參與反應(yīng)及帶出反應(yīng)生成的水；滲透液蒸汽在真空栗抽吸下進(jìn)入冷凝器，冷凝后至滲透液儲(chǔ)罐進(jìn)行收集。反應(yīng)進(jìn)行至3.6h后反應(yīng)釜中水含量為0.18wt.%，酸值為9.7mg(KOH)/g停止反應(yīng)，蒸出反應(yīng)物中乙醇，過(guò)濾催化劑后直接減壓蒸餾得到產(chǎn)品，計(jì)算收率為93.3%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種反應(yīng)與蒸汽滲透脫水耦合的己酸乙酯合成裝置，包括有反應(yīng)釜(1)、精餾柱(2 )、蒸汽滲透膜(7 )，其特征在于:精餾柱(2 )設(shè)置于反應(yīng)釜(I)的頂部，精餾柱(2 )的頂部連接于塔頂冷凝器(3)的入口，塔頂冷凝器(3)的至少一個(gè)出口連接于蒸汽滲透膜(7)的料液側(cè)的入口，蒸汽滲透膜(7 )的料液側(cè)的出口連接于反應(yīng)釜(I)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)與蒸汽滲透脫水耦合的己酸乙酯合成裝置，其特征在于:塔頂冷凝器(3)的至少一個(gè)出口與蒸汽滲透膜(7)的料液側(cè)的入口的連接方式是:塔頂冷凝器(3)的至少一個(gè)出口依次通過(guò)回流罐(4)、回流栗(5)、蒸發(fā)器(6)連接蒸汽滲透膜(7)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)與蒸汽滲透脫水耦合的己酸乙酯合成裝置，其特征在于:塔頂冷凝器(3)的至少一個(gè)出口與蒸汽滲透膜(7)的料液側(cè)的入口的連接方式是:塔頂冷凝器(3)的至少一個(gè)出口通過(guò)過(guò)熱器(14)連接于蒸汽滲透膜(7)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)與蒸汽滲透脫水耦合的己酸乙酯合成裝置，其特征在于:蒸汽滲透膜(7)的滲透?jìng)?cè)連接有滲透液冷凝器(11)、真空栗(12)和滲透液罐(13)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)與蒸汽滲透脫水耦合的己酸乙酯合成裝置，其特征在于:蒸汽滲透膜(7)的料液側(cè)的出口與反應(yīng)釜(I)的連接方式是:蒸汽滲透膜(7)的料液側(cè)的出口依次通過(guò)成品冷卻器(8)、成品緩沖罐(9)、輸送栗(10)與反應(yīng)釜(I)連接。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種反應(yīng)與蒸汽滲透脫水耦合的己酸乙酯合成裝置，屬于滲透汽化膜分離應(yīng)用及有機(jī)物合成技術(shù)領(lǐng)域。包括有反應(yīng)釜（1）、精餾柱（2）、蒸汽滲透膜（7），精餾柱（2）設(shè)置于反應(yīng)釜（1）的頂部，精餾柱（2）的頂部連接于塔頂冷凝器（3）的入口，塔頂冷凝器（3）的至少一個(gè)出口連接于蒸汽滲透膜（7）的料液側(cè)的入口，蒸汽滲透膜（7）的料液側(cè)的出口連接于反應(yīng)釜（1）。本實(shí)用新型在未引入其他對(duì)環(huán)境有害的帶水劑的情況下，經(jīng)乙醇帶水-脫水過(guò)程，使得酯化反應(yīng)中的水不斷被移除，促進(jìn)反應(yīng)向生產(chǎn)酯的方向移動(dòng)，提高了反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，避免帶水劑的后處理及環(huán)境污染，降低了生產(chǎn)成本。
【IPC分類】C07C67/48, C07C69/24, C07C67/08
【公開(kāi)號(hào)】CN204752567
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520403599
【發(fā)明人】余從立, 楊龍, 顧學(xué)紅, 慶祖森
【申請(qǐng)人】江蘇九天高科技股份有限公司
【公開(kāi)日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年6月11日