[发明专利]一种乙酸正丁酯合成的工艺方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种乙酸正丁酯合成工艺方法，具体是指利用反应精馏塔和差压热耦合技术合成乙酸正丁酯的新型工艺方法，可完成乙酸正丁酯的合成及产物分离，与常规反应精馏装置相比可节能50％以上。

背景技术：

乙酸正丁酯是一种重要的化工原料，常作为有机溶剂、脱水剂、萃取剂，广泛应用于化工、医药、制革、塑料及香料等行业中。目前，生产乙酸正丁酯多为用浓硫酸作为催化剂的间歇式和连续式生产流程，这些工艺方法应用较为成熟，操作简单，但同时也存在较多缺陷。首先选用液体浓硫酸作为催化剂，可发生氧化、脱水等副反应，导致选择性差；浓硫酸可腐蚀设备，致使设备费用高；得到的产品需要经过中和与水处理除去其中的硫酸催化剂，导致工艺复杂、产品损失和环境污染。另外，若采用间歇式生产流程，会导致生产能力低，无法进行大批量生产。

近年来，取代液体硫酸催化剂的研究广泛进行，中国专利CN1192943A、CN101020631A和CN1156717A分别提供了不同的固体酸作为乙酸、正丁醇合成乙酸正丁酯的催化剂，固体酸催化剂的应用有效的提高了酯化反应的选择性，具有操作简单、产品易分离提纯、环境污染小等优点。中国专利CN101328118A提供了一种NaH₂PO₄和MnCl₂混合的复合催化剂替代以往的液体硫酸催化剂，应用这种催化剂合成乙酸正丁酯也具有酯化率高、无污染、后期处理简单、可重复使用等优点，另外该方法制得的乙酸正丁酯用于香精对人体无害。

为了克服传统间歇法生产乙酸正丁酯工艺的缺点，近年来乙酸正丁酯合成新工艺的研究开发越来越多。中国专利CN1107136A采用了反应精馏塔的工艺方法合成乙酸正丁酯，以固体酸为催化剂，使反应过程和精馏过程在同一个塔内进行，提高了反应速率和乙酸的转化率，塔底可以得到较纯的乙酸正丁酯，塔顶冷凝液进入分相器分为酯相和水相，酯相返回塔中，水相作为产品流出。中国专利CN101676256A将固体酸催化剂制成填料，并在反应精馏塔内布有列管式换热器，用以冷凝部分上升的气体作为回流液，使回流在精馏塔内部实现，一方面省去了复杂的塔顶回流控制装置，另一方面省去了原工艺的中和工序，操作较为方便，生产成本及设备投资都有所下降。

中国专利CN101367723A采用了一种在反应精馏隔壁塔中进行酯交换生产乙酸正丁酯的工艺方法，将酯交换反应、产品分离与提纯集成到同一个塔内，在得到高纯度产品的同时，该工艺还简化了工艺流程，节省了设备投资与操作费用。

虽然固体酸催化剂的使用和反应精馏塔工艺方法的应用有效的提高了酯化反应的选择性、乙酸的转化率以及产品的分离纯度，但精馏塔的高能耗问题依然存在，因此需要降低工艺能耗，提高精馏过程的能量利用率。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用差压热耦合反应精馏塔合成乙酸正丁酯的工艺方法及其装置。在原料乙酸和正丁醇合成乙酸正丁酯产品并分离的同时，将反应精馏塔分为常压和减压两个压力不同的塔，使常压塔塔顶蒸汽与减压塔塔底物流产生一定的传热温差，用常压塔塔顶蒸汽作为减压塔塔底的热源，实现能量耦合，从而降低耗能。

本发明所采用的装置有差压热耦合反应精馏塔常压塔、减压塔、压缩机、换热器、泵、分相器及其他辅助设备。常压塔内部分为精馏区和反应区，减压塔内部为提馏区，其中常压塔精馏区理论板数为3～10，反应区理论板数为15～25，减压塔理论板数为8～18。在减压塔的塔顶气相导出管与常压塔塔底气相进料管之间安装压缩机，在常压塔塔顶的产品导出管后串联安装两个换热器，在分相器酯相出口管与塔顶回流管之间安装泵。固体酸催化剂装填在整个反应区内。

本发明工艺方法的实现步骤为：原料正丁醇和乙酸由常压塔反应区的上部或中部进入塔内，在固体酸催化剂的作用下反应生成乙酸正丁酯，乙酸正丁酯与水及正丁醇形成二元和三元共沸物，经过精馏区的精馏作用除去其中的乙酸得到乙酸正丁酯、水及正丁醇共沸物流，共沸物流由常压塔塔顶流出，与减压塔塔底物流换热后进入分相器内分为水相和酯相，酯相作为回流经泵打入常压塔塔顶，水相排出装置。常压塔反应区底部液相由常压塔底部流出进入减压塔顶部，经减压塔提馏区的提馏作用除去少量的水得到高纯度的乙酸正丁酯，减压塔塔底物流一部分与常压塔塔顶物流换热后产生再沸蒸汽回到减压塔塔底，另一部分作为产品排出装置。