CN1796358A - 乙酸甲酯的制备方法和具有立体传质塔板的反应精馏塔 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种乙酸甲酯的制备方法和具有立体传质塔板的反应精馏塔。其特征在于，出口堰高度∶间距＝0.2～0.5∶1，塔板出口堰的高度＝40mm～200mm。采用本发明的具有立体传质塔板的反应精馏塔，塔板上的持液量明显提高，却没有明显的雾沫夹带，单塔的生成效率明显提高，塔顶醋酸甲酯含量产品纯度可达到99.3％以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种反应精馏制备乙酸甲酯的方法和设备，具体涉及采用一种具有立体传质塔板的反应精馏塔制备乙酸甲酯的方法。
技术背景
乙酸甲酯是羰基化生产醋酐的原料之一。也是一种良好的溶剂，用于硝酸纤维、醋酸纤维等多种纤维、树脂、油脂以及合成革生产中，还适用于香精生产等。
酸和醇在酸性催化剂作用下，生成水和相应的酯，是一种可逆反应，乙酸酯类中，以乙酸和甲醇为原料，以酸为催化剂，生成乙酸甲酯的平衡常数为最高，为5.2，只有当甲醇与乙酸之间长时间充分接触才能达到化学平衡。所说的酸可以是任何形式的酸，可以是无机类的盐酸、硫酸、磷酸，也可以是有机类的对甲基苯磺酸，甚至是酸性的树脂。
受反应平衡的限制且形成了醋酸甲酯——水和醋酸甲酯——甲醇两种恒沸物，这两种共沸物与乙酸甲酯的沸点极其接近，要想由甲醇与醋酸反应生产高纯度的醋酸甲酯是极其困难的。
乙酸甲酯传统的生产方法是，将乙酸、甲醇、催化剂加入到间歇釜内，反应一定时间后，将该物料送入到下游的多个精馏塔中，为使其中一种反应物达到高的转化率而将另一种反应物过量很多。精制的乙酸甲酯从未反应物中分离出来，而乙酸甲酯——甲醇的共沸物则返回反应器内。有些生产企业采用了一系列真空的和常压的精馏塔，用以破坏醋酸甲酯——水的共沸组成。还有一些生产商采用了多个常压精馏塔和一个萃取塔，以乙二醇乙烯单甲基醚为萃取剂，将醋酸甲酯从甲醇中分离出来。
在EP0060717和EP0060719中，反应釜连接在一座精馏塔底。将乙酸、甲醇、催化剂—对甲基苯磺酸、夹带剂—乙酸正丁酯共同加入到反应釜中，生成的乙酸甲酯在精馏塔顶采出，塔中段采出夹带剂和水，最终得到的乙酸甲酯含量仅为95％。
在US4435595中，提出了以反应精馏法生产乙酸甲酯的方法，该工艺采用泡罩塔板作为气液接触界面，得到高纯度的乙酸甲酯，但是，受雾沫夹带上限的限制，该类型的塔板持液量不能做到很大，因此需要大量的塔板来保证反应物在塔内的长接触时间。
中国专利CN2475448Y公开了一种立体传质塔板，该立体传质塔板的主要特点之一就是塔板上安装有分离板，因分离板的作用，塔板上气液分离很彻底。但是，由于该塔板持液量大，塔板上液层高度落差较大，导致的塔板上液层压降不均，同时，用于制备乙酸甲酯时，还容易产生雾沫夹带现象，必须进行改进。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是公开一种乙酸甲酯的制备方法和具有立体传质塔板的反应精馏塔，以克服现有技术存在的缺陷。
本发明的具有立体传质塔板的反应精馏塔，包括立式的塔体、水平塔板和设置在水平塔板上的降液管；
所说的水平塔板上开有升气孔，在升气孔对应处装有喷射罩，喷射罩上开有喷射孔，喷射罩与水平塔板之间有底隙，在喷射罩的顶部分别通过支承架装有三层立体排布的分离板，三层立体排布的分离板由平板组成，每一块分离板与喷射罩的水平夹角为-45～45，下面一层分离板和中间一层分离为开放型，上面一层分离板为封闭型，降液管靠设置在水平塔板上，近降液管处设有出口堰。为了满足乙酸甲酯的制备，发明人对塔板之间的间距和塔板出口堰的结构做了大量试验，其特征在于，水平塔板之间的间距与出口堰高度之间的比例关系为：
出口堰高度∶间距＝0.2～0.5∶1，优选0.3～0.45∶1；
塔板出口堰的高度＝40mm～200mm；
出口堰的顶端为齿状，同时为了进一步消除塔板上的液相死角，出口堰为中间高两端低的拱形。
采用上述具有立体传质塔板的反应精馏塔制备乙酸甲酯的方法包括如下步骤：
将乙酸从塔体上部的乙酸进料口、催化剂从塔体中部的催化剂入口、甲醇从塔体下部的甲醇进料口送入反应精馏塔，塔顶和乙酸进料口之间为精馏段，乙酸和乙酸甲酯在这里进行分离，乙酸进料口和催化剂进料口之间为萃取段，在该区域，乙酸破坏乙酸甲酯—甲醇、乙酸甲酯—水的共沸组成，催化剂进料口和甲醇进料口之间为反应段，在这里，乙酸与甲醇在催化剂作用下生成乙酸甲酯和水，甲醇进料口以下是提馏段，甲醇从水中提馏出来。塔顶得到高纯度乙酸甲酯，塔釜排出水。
原料甲醇和乙酸的摩尔比为0.8∶1～1.4∶1，优选按1.0～1.3；
所说的催化剂优选为硫酸，硫酸用量为甲醇和乙酸总进料量的0.3～1.2％，优选0.5～1.0％；
回流比为1～2，塔底温度为88～90℃，塔顶温度为56.5～57.5℃；
反应段的塔板可以是10～60块，优选15～29块；
精馏段塔板可以是5～18块，优选8～14块；
萃取段塔板可以是14～30块，优选14～24块；
采用本发明的具有立体传质塔板的反应精馏塔，塔板上的持液量明显提高，却没有明显的雾沫夹带，单塔的生成效率明显提高，塔顶醋酸甲酯含量产品纯度可达99.3％以上。
附图说明
图1为立体传质塔板结构示意图。
图2为塔板的平面示意图。
图3为反应精馏塔示意图。
具体实施方式
参见图1，图2和图3，本发明的具有立体传质塔板的反应精馏塔，包括立式的塔体1、水平塔板9和设置在水平塔板9上的降液管7；
所说的水平塔板9上开有三排升气孔10，在升气孔10对应处装有喷射罩2，喷射罩2上开有喷射孔3，喷射罩2与水平塔板9之间有底隙8，在喷射罩2的顶部分别通过支承架11装有三层立体排布的分离板4、5和6，三层立体排布的分离板由平板组成，每一块分离板与喷射罩2的水平夹角为-45～45°，下面一层分离板和中间一层分离为开放型，上面一层分离板为封闭型，降液管7靠设置在水平塔板9上，近降液管7处设有出口堰12，其特征在于，出口堰高度∶间距＝0.2～0.5∶1，优选0.3～0.45∶1；塔板出口堰12的高度＝40mm～200mm，出口堰12的顶端为齿状，出口堰12为中间高两端低的拱形。
实施例1～4
采用如图1，图2和图3所示的反应精馏塔，甲醇和乙酸分别从下部和上部加入到反应精馏塔内，硫酸从中部加入反应精馏塔内。
出口堰为齿状结构，出口堰高度为200mm；
塔板间距为450mm；
反应段塔板数量为21块；
精馏段塔板14块；
萃取段塔板18块；
原料摩尔比：甲醇∶乙酸＝1.2；
硫酸加入量为甲醇和乙酸总进料重量的0.6％。
采用不同的回流比，结果见下表
| 回流比 | 塔顶产物中醋酸甲酯含量％ |
| 1.0 | 99.3 |
| 1.2 | 99.5 |
| 1.4 | 99.6 |
| 1.8 | 99.1 |
实施例5
采用与实施例1～4相同的方法与装置，反应段塔板数量为29块，原料进料摩尔比：甲醇/乙酸＝1.0，回流比控制在1.1，塔顶得到的乙酸甲酯含量为99.5％。
Claims (9)
1.一种具有立体传质塔板的反应精馏塔，包括立式的塔体(1)、水平塔板(9)和设置在水平塔板(9)上的降液管(7)，降液管(7)靠设置在水平塔板(9)上，近降液管(7)处设有出口堰(12)，其特征在于，出口堰高度∶间距＝0.2～0.5∶1，塔板出口堰的高度＝40mm～200mm。
2.根据权利要求1所述的具有立体传质塔板的反应精馏塔，其特征在于，出口堰高度∶间距＝0.3～0.45∶1。
3.根据权利要求1所述的具有立体传质塔板的反应精馏塔，其特征在于，出口堰(12)的顶端为齿状。
4.根据权利要求1或3所述的具有立体传质塔板的反应精馏塔，其特征在于，出口堰(12)为中间高两端低的拱形。
5.采用权利要求1～4任一项所述的具有立体传质塔板的反应精馏塔，制备乙酸甲酯的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将乙酸从塔体上部的乙酸进料口、催化剂从塔体中部的催化剂入口、甲醇从塔体下部的甲醇进料口送入反应精馏塔，塔顶得到高纯度乙酸甲酯，塔釜排出水；
原料甲醇和乙酸的摩尔比为0.8∶1～1.4∶1；
所说的催化剂为硫酸；
回流比为1～2.1。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，原料甲醇和乙酸的摩尔比为1.0～1.3。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，硫酸用量为甲醇和乙酸总进料量的0.3～1.2％。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，塔底温度为88～90℃，塔底压力为0.05MPa(表压)，塔顶温度为56.5～57.5℃，塔顶压力为常压。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，反应段的塔板是10～60块，精馏段塔板是5～18块，萃取段塔板是14～30块。
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