乙酸乙酯的分離設備、制備乙酸乙酯的裝置及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了乙酸乙酯的分離設備、制備乙酸乙酯的裝置及制備方法。分離設備包括：罐體和集水包；罐體的一側設有一物料進口，正對物料進口處設置一用于降低進口物料速度的擋板，罐體的側邊穿設有一內換熱管；所述的罐體的底部還設有一油相出口；集水包設置于罐體的底部、位于物料進口與油相出口之間，集水包的外部包覆有外換熱管；集水包的底部設有一水相出口；所述的罐體的尺寸同時滿足以下要求：和；制備乙酸乙酯的裝置包括上述分離設備，制備方法使用該裝置。該分離設備和裝置簡單易操作，分離徹底，不引入其他物質，能分離出高質量的乙酸乙酯，制得的乙酸乙酯產品的含量達到99.9%以上。
【專利說明】乙酸乙酯的分離設備、制備乙酸乙酯的裝置及制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及乙酸乙酯的分離設備、制備乙酸乙酯的裝置及制備方法。
【背景技術】
[0002]乙酸乙酯是重要的精細化工原料，具有優(yōu)異的溶解性、揮發(fā)速度和快干性的特點，在工業(yè)中廣泛應用于涂料、醫(yī)藥、粘合劑、人造革、硝酸纖維素等領域。隨著世界經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定增長，環(huán)保要求日益嚴格，苯類溶劑價格貴、毒性又高，采用高檔溶劑生產涂料、油墨、粘合劑等產品已成大勢所趨，從而促使乙酸乙酯需求的快速增長。
[0003]世界各國乙酸乙酯的生產原料情況不同，出現(xiàn)了多種乙酸乙酯生產技術，乙酸乙酯的主要生產技術有四種:乙酸和乙醇酯化法、乙醇脫氫法、乙烯乙酸法和乙醛縮合法，而我國大多數(shù)乙酸乙酯廠的生產方法是采用酯化法，這是由于近年來我國的甲醇羰基合成法生產醋酸技術發(fā)展速度較快的緣故。一些大型甲醇羰基合成醋酸企業(yè)配套建設有乙酸乙酯生產裝置，已建裝置有上海吳涇化工有限公司200kt/a乙酸乙酯裝置、江蘇索普集團200kt/a乙酸乙酯裝置、山東金沂蒙集團公司180kt/a乙酸乙酯裝置、揚子江乙?；び邢薰?00kt/a乙酸乙酯裝置和安徽華誼化工有限公司300kt/a乙酸乙酯裝置等。
[0004]酯化法制備乙酸乙酯的工藝過程是使一定比例的乙酸和乙醇進入酯化反應器，同時加入硫酸作為催化劑，在蒸汽加熱的條件下，在酯化反應器內混合進行酯化反應。反應后的溶液產生酯、水、醇、酸共沸體系，進入酯化反應精制塔分離，塔頂物料經(jīng)過冷卻后得到粗酯，然而在生產中往往會遇到粗酯(主要成分為乙酸乙酯、乙醇和水)的分離問題。
[0005]據(jù)相關文獻報道，乙酸乙酯、乙醇和水的分離方法通常有精餾分離、共沸精餾(力口共沸劑)、加鹽萃取精餾、萃取精餾等，通過查閱文獻資料顯示這些方法各有優(yōu)勢和劣勢，目前后三種分離方法沒有見到有大型生產裝置的報道。上述分離方法都存在著以下的缺陷:精餾分離方法產品質量有波動，由于反應精餾得到的粗酯中含水和乙醇量較多，因此粗酯在進入后續(xù)的精餾前，需將粗酯中含水和乙醇量進行初步分離，而一般的分離設備在酯相和水相分層效果不好，引起乙酸乙酯產品的含水和乙醇量增加，從而影響產品質量和產量。共沸精餾方法是為了提高乙醇對乙酸乙酯的相對揮發(fā)度，達到相同的純度所要求塔板少，共沸劑有乙醚、環(huán)戊烷、甲酸甲酯等，由于引入共沸劑，流程相對于精餾復雜。加鹽萃取精餾方法是采用先萃取后精餾的方法分離乙酸乙酯、乙醇和水，但同時增加一套萃取設備及鹽水蒸發(fā)濃縮設備、鹽溶液腐蝕設備等問題，無法大規(guī)模工業(yè)化。萃取精餾方法是通過加入萃取劑來破壞乙酸乙酯、乙醇和水三元共沸物的共沸點，萃取劑有C2-4醇類、乙酸、水等，需要先萃取再精餾兩步進行，由于引入萃取劑，流程相對于精餾復雜。
[0006]現(xiàn)有技術中，乙酸乙酯的分離設備和分離方法操作較為復雜，且都有各自的缺陷，直至目前，尚未有簡單易操作的乙酸乙酯的分離設備的相關報道，極大的制約了乙酸乙酯的制備工藝的發(fā)展，該現(xiàn)象亟待解決。

【發(fā)明內容】
[0007]本發(fā)明所要解決的技術問題在于克服現(xiàn)有的乙酸乙酯的分離設備分離出的乙酸乙酯質量不高，酯相中的含水量和水相中的油相的含量都偏高，或者需要引入其他物質使得分離過程復雜化，或引起設備腐蝕等缺陷，提供一種新的乙酸乙酯的分離設備、制備乙酸乙酯的裝置及制備方法。該分離設備和裝置簡單易操作，分離徹底，不引入其他物質，能分離出高質量的乙酸乙酯，制得的乙酸乙酯的含量達到99.9%以上。
[0008]在乙酸乙酯的分離過程中，由于乙酸乙酯和水相的密度差值很小，分層效果不理想，導致乙酸乙酯中的含水量和水相中有機物的含量偏高，給分離過程帶來了很大的困難。為了提高乙酸乙酯的純度和質量，提高粗酯中的乙酸乙酯和水相的分層效果，發(fā)明人對乙酸乙酯的分離設備進行了深入的研究，最終得到了本發(fā)明的技術方案。
[0009]本發(fā)明的目的之一在于，提供一種乙酸乙酯的分離設備。所述的分離設備包括:一罐體和一集水包，所述的罐體的一側設有一物料進口，正對所述的物料進口處設置一用于降低進口物料速度的擋板，所述的擋板與所述的罐體的底部留有用于物料流動的空間，所述的罐體的側邊穿設有一內換熱管，所述的內換熱管與所述的罐體的底部留有用于物料流動的空間；所述的罐體的底部還設有一油相出口；所述的集水包設置于所述的罐體的底部、位于所述的物料進口與所述的油相出口之間，所述的集水包的外部包覆有外換熱管；所述的集水包的底部設有一水相出口 ；所述的罐體的尺寸同時滿足以下要求:
【權利要求】
1.一種乙酸乙酯的分離設備，其特征在于:所述的分離設備包括:一罐體和一集水包；所述的罐體的一側設有一物料進口，正對所述的物料進口處設置一用于降低進口物料速度的擋板，所述的擋板與所述的罐體的底部留有用于物料流動的空間，所述的罐體的側邊穿設有一內換熱管，所述的內換熱管與所述的罐體的底部留有用于物料流動的空間；所述的罐體的底部還設有一油相出口 ；所述的集水包設置于所述的罐體的底部、位于所述的物料進口與所述的油相出口之間，所述的集水包的外部包覆有外換熱管；所述的集水包的底部設有一水相出口 ；所述的罐體的尺寸同時滿足以下要求:
2.如權利要求1所述的分離設備，其特征在于:所述的分離設備為一臥式分離設備； 所述的擋板垂直于所述的罐體的底部；所述的擋板與所述的罐體通過角鋼焊接；所述的擋板較佳的為圓形擋板； 所述的側邊為設有物料進口的側邊或者與所述的物料進口相對的一側的側邊；所述的內換熱管上設置有若干翅片； 所述的內換熱管的外露端設有一第一冷凍水進口和一第一冷凍水出口 ；較佳的，所述的第一冷凍水進口的位置位于所述的第一冷凍水出口的下方； 所述的內換熱管外接一第一冷凍機組，所述的第一冷凍機組中的冷凍水通過所述的內換熱管，降低所述的罐體內的溫度； 所述的外換熱管設有一第二冷凍水進口和第二冷凍水出口 ；較佳的，所述的第二冷凍水進口的位置位于所述的第二冷凍水出口的下方； 所述的外換熱管外接一第二冷凍機組，所述的第二冷凍機組中的冷凍水通過所述的外換熱管，降低所述的集水包內的溫度； 所述的罐體的外部對稱設有一組用于支撐所述的罐體的支座； 較佳的，當所述的粗酯的流量為83.5m3/h時，所述的罐體的直徑D為3m，長度L為8m ;較佳的，當所述的粗酯的流量為40m3/h時，所述的罐體的直徑D為2.2m，長度L為5.8m ;較佳的，當所述的粗酯的流量為20m3/h時，所述的罐體的直徑D為1.8m，長度L為5.6m ;較佳的，當所述的粗酯的流量為10m3/h時，所述的罐體的直徑D為1.4m，長度L為4.Sm ;較佳的，當所述的粗酯的流量為5m3/h時，所述的罐體的直徑D為lm，長度L為3.4m。
3.如權利要求1所述的分離設備，其特征在于:所述的集水包的尺寸按照如下公式計算:
V = Q(/jc) \7(粗酷) 其中，Q (7)0為水相的體積流量，m3/h ；
4.如權利要求1所述的分離設備，其特征在于:所述的內換熱管的面積按照如下公式計算:
Q = m.Cp.(T1-T2) = K.S.Atm
其中: Q為換熱管的熱負荷，Kff ； S為換熱管的面積，m2 ； m為粗酯的質量流量，kg/h ； Cp為粗酯的比熱容，其值為2.212KJ/kg.V ； T1為所述的物料的進口溫度，V J1為40-60°C，較佳的為45°C ；T2為所述的物料的出口溫度，V ；T2為5-35°C，較佳的為20°C ；
Δ tm= (Tft1) + (T2-t2) t!為所述的第一冷凍水進口中的溫度，V山為5-10°C，較佳的為5°C和rc ； t2為所述的第一冷凍水出口中的溫度，°C ；t2為10-20°c，較佳的為10°C和12°C ；
且 h < t2 ; K為總傳熱系數(shù):其值為370-540W/m2°C。
5.一種制備乙酸乙酯的裝置，其特征在于:所述的裝置包括:一酯化釜、一酯化塔、一酯化塔塔頂緩沖器、一第一乙酸乙酯的分離設備、一提濃塔、一提濃塔塔頂緩沖器、一第二乙酸乙酯的分離設備、一精制塔、一廢水塔和一低酯塔；所述的第一乙酸乙酯的分離設備和第二乙酸乙酯的分離設備為如權利要求1-4中任一項所述的乙酸乙酯的分離設備； 所述的酯化釜的出口連接所述的酯化塔的第一進口，所述的酯化塔的第一塔頂出口連接所述的酯化塔塔頂緩沖器的第一入口，所述的酯化塔塔頂緩沖器的出口連接所述的第一乙酸乙酯的分離設備的物料進口，所述的第一乙酸乙酯的分離設備的油相出口分別連接所述的提濃塔的第一進口和所述的酯化塔的第二進口，所述的提濃塔的第一塔頂出口連接所述的提濃塔塔頂緩沖器的第一進口，所述的提濃塔塔頂緩沖器的出口連接所述的第二乙酸乙酯的分離設備的物料進口，所述的第二乙酸乙酯的分離設備的油相出口分別連接所述的提濃塔的第二進口和所述的低酯塔的進口，所述的提濃塔的第二塔底出口連接所述的精制塔的進口，所述的精制塔塔頂設有一用于乙酸乙酯流出的第一塔頂出口 ；所述的第一乙酸乙酯的分離設備的水相出口和所述的第二乙酸乙酯的分離設備的水相出口連接所述的廢水塔的廢水進口，所述的廢水塔的第二塔底出口分別連接所述的酯化塔塔頂緩沖器的第二入口和所述的提濃塔塔頂緩沖器的第二入口。
6.如權利要求5所述的裝置，其特征在于:所述的酯化塔的第二塔底出口連接所述的酯化釜的第二進口；` 所述的精制塔塔底還設有一用于高沸物流出的第二塔底出口 ； 所述的低酯塔的塔頂設有一用于低酯流出的第一塔頂出口 ； 所述的低酯塔的塔底設有一第二塔底出口 ；所述的第二塔底出口連接所述的酯化釜的第三進口 ； 所述的廢水塔的第一塔頂出口連接所述的酯化釜的第四進口 ； 所述的裝置還包括一冷卻器；所述的廢水塔的第二塔底出口通過一冷卻器分別連接所述的酯化塔塔頂緩沖器的第二進口和所述的提濃塔塔頂緩沖器的第二進口； 所述的制備乙酸乙酯的裝置還包括一冷凝器；所述的酯化塔的第一塔頂出口連接所述的冷凝器后，再與所述的酯化塔塔頂緩沖器的第一進口連接。
7.—種乙酸乙酯的制備方法，其特征在于:其使用如權利要求5所述的設備；所述的制備方法包括以下步驟: (O酯化:將乙酸、乙醇和酯化反應催化劑在所述的酯化釜中混合，在iorc -110°C溫度條件下反應，得初產物；所述的乙酸和乙醇質量比為(1.05-1.3):1，所述的酯化反應催化劑的質量流量為I小時通入酯化釜中的乙酸和乙醇的總質量的1%_5% ； (2)精餾:步驟(1)中得到的初產物在所述的酯化塔中精餾，再冷凝至45°C -60°C，得粗酯；所述的酯化塔的條件控制為:頂溫為69-72°C，中溫為72-78°C，塔釜溫度為101-110°C，塔實際板數(shù)為48-52塊； (3)分離:將步驟(2)中的粗酯與萃取劑在所述的酯化塔塔頂緩沖器內混合后，得混合液A，所述的混合液A進入所述的第一乙酸乙酯的分離設備，將所述的混合液A降溫至IO0C -300C，油水分離，得到油相A和廢水A ;所述的萃取劑為所述的廢水塔的塔底出料物質；所述的萃取劑的添加量為所述的粗酯的質量1/40-1/10 ;在所述的乙酸乙酯的分離設備中，所述的粗酯的停留時間為15min-40min ； (4)提濃:步驟(3)中得到的油相A分流至所述的提濃塔和所述的酯化塔，分流至所述的提濃塔的油相A在所述的提濃塔中提濃，所述的提濃塔塔頂出料，得油相B ;所述的提濃塔的條件控制為:頂溫為68-72°C，中溫為72-74°C，塔釜溫度為75_80°C，塔實際板數(shù)為48-52 塊； (5)再分離:所述的油相B與萃取劑在所述的提濃塔塔頂緩沖器內混合后，得混合液B，所述的混合液B進入第二乙酸乙酯的分離設備，將所述的混合液B降溫至10°C -30°C，油水分離，得到油相C和廢水C ;所述的萃取劑為廢水塔的塔底出料物質；所述的萃取劑的添加量為所述的油相B的質量的1/40-1/10 ;在所述的乙酸乙酯的分離設備中，所述的油相B停留時間為15min_40min ； (6)再提濃:步驟(5)中得到的油相C分流至所述的提濃塔和所述的低酯塔，分流至所述的提濃塔中的所述 的油相C在所述的提濃塔中提濃，所述的提濃塔塔底出料，得油相D ；所述的提濃塔的條件控制為:頂溫為68-72°C，中溫為72-74°C，塔釜溫度為75_80°C，塔實際板數(shù)為48-52塊； (7)精制:所述的油相D在所述的精制塔中精制，所述的精制塔塔頂出料，即得到乙酸乙酯；所述的精制塔的條件控制為:頂溫為78-80 V、中溫為79-81 °C，塔釜溫度為83_85°C，塔實際板數(shù)為48-52塊； 步驟(3)中所述的廢水A和步驟(5)中所述的廢水C流至所述的廢水塔，在所述的廢水塔中分離，得廢水塔的塔底出料物質，所述的廢水塔的條件控制為:頂溫為70-72°C，中溫為74-78°C，塔釜溫度為98-103°C，塔實際板數(shù)為48-60塊；所述的廢水塔的塔底出料物質分流至所述的酯化塔塔頂緩沖器和所述的提濃塔塔頂緩沖器中，作為萃取劑。
8.如權利要求7所述的制備方法，其特征在于:其使用如權利要求6所述的設備； 步驟(1)中，所述的酯化反應催化劑為硫酸；所述的硫酸較佳的為98%的濃硫酸；所述百分比為質量百分比；所述的催化劑的質量流量較佳的為I小時通入酯化釜中的乙酸和乙醇的總質量的3% ； 步驟(1)中，所述的初產物包括:23.1%-29.13%的乙酸乙酯、62.6%_68.6%的乙酸、7%-8%的水和0.5%-0.9%的乙醇；步驟(1)中，所述的初產物較佳的包括:26.1%的乙酸乙酯、65.6%的乙酸、7.6%的水和0.7%的乙醇；所述百分比為占初產物的質量百分比； 步驟(2)中，所述的酯化塔的填料的溫度為70-106°C ； 步驟(2)中，所述的精餾后的初產物的溫度為69-72°C，較佳的為70.2V ； 步驟(2)中，所述的冷凝后的溫度較佳的為45°C ； 步驟(2)中，所述的粗酯包括:88%-93%的乙酸乙酯、5%-8%的水和1%_2%的乙醇，所述百分比為占粗酯的質量百分比； 步驟(3)中，所述的降溫較佳的為降溫至20°C ；步驟(3)中，所述的油相A包括:93.3%-97.3%的乙酸乙酯、0.0014%_0.0018%的乙酸、3%-4%的水、1.2%-1.6%的乙醇、0.01%-0.02%的甲酸乙酯、0.01%-0.02%的乙酸甲酯、.0.002%-0.0025%的丙酸乙酯和0.004%-0.008%的乙酸丙酯；所述的油相A較佳的包括:.95.3%的乙酸乙酯、0.0016%的乙酸、3.24%的水、1.42%的乙醇、0.0126%的甲酸乙酯、.0.0177%乙酸甲酯、0.0021%的丙酸乙酯和0.006%乙酸丙酯；所述百分比為占油相A的質量百分比； 步驟(3)中，所述的萃取劑包括:99.99%的水和0.01%的乙酸，所述百分比為占萃取劑的質量百分比； 步驟(4)中，所述的油相B包括:87.7%-91.7%的乙酸乙酯、5%_7%的水、4%_4.5%的乙醇、0.03%-0.004%的甲酸乙酯和0.03%-0.004%的乙酸甲酯；步驟(4)中，所述的油相B較佳的包括:89.7%的乙酸乙酯、5.96%的水、4.26%的乙醇、0.035%的甲酸乙酯和0.045%乙酸甲酯；所述百分比為占所述的油相B的質量百分比； 步驟(5)中，所述的油相B的在所述的提濃塔塔頂緩沖器中的進口溫度為45°C -60°C ； 步驟(5)中，所述的降溫較佳的為降溫至20°C ； 步驟(5)中，所述的油相C包括:88.7%-92.72%乙酸乙酯、4.5%_5%的水、4%_5%的乙醇、.0.04%-0.041%的甲酸乙酯和0.065%-0.07%乙酸甲酯;步驟(5)中，所述的油相C較佳的包括:90.7%乙酸乙酯、4.98%水、4.21%乙醇、0.0405%甲酸乙酯和0.0695%乙酸甲酯；所述百分比為占油相C的質量百分比； 步驟(5)中，所述的萃取劑包括:99.99%的水和0.01%的乙酸，所述百分比為占萃取劑的質量百分比； 步驟(6)中，所述的油相D包括:99.6%-99.9%的乙酸乙酯、0.002%_0.0026%的乙酸、.0.006%-0.0065% 的水、0.08%-0.083% 的乙醇、0.002%_0.0023% 的乙酸甲酯、0.04%-0.045%的丙酸乙酯和0.05%-0.055%的乙酸丙酯；步驟(6)中，所述的油相D較佳的包括:99.81%乙酸乙酯、0.0024%乙酸、0.0063%水、0.0818%乙醇、0.0021%乙酸甲酯、0.0434%丙酸乙酯和.0.054%乙酸丙酯；所述百分比為占油相D的質量百分比。
9.如權利要求7或8所述的制備方法，其特征在于:其使用如權利要求6所述的設備；所述的制備方法包括以下步驟: 步驟(6)中，分流至所述的低酯塔的所述的油相C在所述的低酯塔中精餾，所述的低酯塔塔頂出料，得低酯類物質，所述的低酯塔塔底出料，得回流產物； 所述的低酯類物質較佳的包括:67.3%-71.3%的乙酸乙酯、11%_13%的水、10%_12%的乙醇、3%-4%的甲酸乙酯和4%-5%的乙酸甲酯；所述的低酯類物質更佳的包括:68.3%的乙酸乙酯、12.5%的水、11.5%的乙醇、3.2%的甲酸乙酯和4.5%的乙酸甲酯；所述百分比為占所述的低酯類物質的質量百分比； 較佳的，所述的低酯塔中的條件控制為:頂溫為68-72°C，中溫為70-74°C，塔釜溫度為72-76°C，塔實際板數(shù)為48-52塊； 較佳的，所述的低酯類物質通過所述的低酯塔的第一塔頂出口流出； 所述的回流產物較佳的包括:94.1%-98.1%的乙酸乙酯、4%-5%的水和4%_5%的乙醇；所述的回流產物更佳的包括:96.1%的乙酸乙酯、4.3%的水和4.1%的乙醇；所述百分比為占回流產物的質量百分比；較佳的，所述的回流產物通過所述的低酯塔的第二塔底出口流入所述的酯化釜。
10.如權利要求7或8所述的制備方法，其特征在于:其使用如權利要求6所述的設備；所述的制備方法包括以下步驟: 步驟(7)中，在所述的精制塔中，所述的精制塔塔底出料，得高沸點酯類物質，所述的高沸點酯類物質包括乙酸丙酯和丙酸乙酯；所述的高沸點酯類物質通過所述的精制塔的第二塔底出口流出； 所述的廢水塔的塔底出料物質經(jīng)所述的冷卻器冷卻后，再回流至所述的酯化塔塔頂緩沖器和所述的提濃塔塔頂緩沖器中，作為萃取劑； 步驟(3)中所述的廢水A和步驟(5)中所述的廢水C在所述的廢水塔中分離后，所述的廢水塔塔頂出料，得廢水塔分離物； 所述的廢水塔分離物較佳的包括:54%-56%的乙酸乙酯、14.5%-15.5%的水和.29.5%-31%的乙醇；所述的廢水塔分離物更佳的包括:54.7%的乙酸乙酯、15.1%的水和.30.2%的乙醇；所述百分比為占廢水塔分離物的質量百分比； 較佳的，所述廢水 塔分離物經(jīng)所述的廢水塔的塔頂出口流至所述的酯化釜中。
【文檔編號】C07C67/08GK103657155SQ201310473485
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年10月11日 優(yōu)先權日:2013年10月11日
【發(fā)明者】張炳琦, 付勇, 陳大勝, 葉維賢, 丁更, 馬海賓 申請人:上海華誼工程有限公司