一種反應(yīng)與蒸汽滲透脫水耦合的己酸乙酯合成工藝及裝置的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種反應(yīng)與蒸汽滲透脫水耦合的己酸乙酯合成工藝及裝置
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種反應(yīng)與蒸汽滲透脫水耦合的己酸乙酯合成工藝及裝置，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。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]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(lèi)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。
[0005]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。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(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工藝。通過(guò)精餾柱、料液泵、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。
[0008]一種反應(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。
[0009]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。
[0010]采用的催化劑選自濃硫酸、對(duì)甲苯黃酸或者硫酸氫鈉。
[0011]精餾的塔內(nèi)壓力操作方式采取常壓或加壓，優(yōu)選常壓。
[0012]精餾的回流比是O?10。
[0013]蒸汽滲透膜原料側(cè)的表壓為O?IMPa。
[0014]蒸汽滲透膜滲透?jìng)?cè)的絕壓是10?8000Pa。
[0015]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、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)藎。
[0016]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、回流泵、蒸發(fā)器連接蒸汽滲透膜。
[0017]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。
[0018]蒸汽滲透膜的滲透?jìng)?cè)連接有滲透液冷凝器、真空泵和滲透液罐。
[0019]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、輸送泵與反應(yīng)釜連接。
[0020]有益效果
與傳統(tǒng)技術(shù)相比，本發(fā)明酯化反應(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；本發(fā)明的反應(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；本發(fā)明的膜分離系統(tǒng)脫水效率高，反應(yīng)時(shí)間短，提高了生產(chǎn)效率；本發(fā)明的膜分離系統(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。
[0021]
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明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。
[0023]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。
[0024]I為反應(yīng)釜，2為精餾柱，3為塔頂冷凝器，4為回流罐，5為回流泵，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為輸送泵，11為滲透液冷凝器，12為真空泵，13為滲透液罐，14為過(guò)熱器。
[0025]
【具體實(shí)施方式】
[0026]實(shí)施例1
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。