利用酸和醇制造酯类的方法和系统技术方案

一种利用酸和醇制造酯类的方法，其利用反应蒸馏塔、填充有催化剂的侧流反应器、以及分相槽等设备，制造具有工业级纯度的酯类。该方法包括下列步骤（ａ）由反应蒸馏塔抽出含有酸和醇的液体混合物，送入至少一个填充有催化剂的侧流反应器；（ｂ）将该侧流反应器的反应产物送回该反应蒸馏塔，并从塔顶分离出包括醇、酯、及水的第一混合物；（ｃ）将该第一混合物送入分相槽，分离出有机相和水相；以及（ｄ）从该有机相中分离出酯类。上述方法不需要使用多个回收塔和分相槽即可有效分离出所制造的酯类，且能有效改善单一反应蒸馏塔的催化剂填充／更换问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种使用酸和醇制造酯类的方法，特别涉及一种在改良 的反应蒸馏塔中利用酸和醇制造酯类的方法。
技术介绍
乙酸乙酯、乙酸异丙酯和乙酸丁酯在工业中皆为重要的溶剂，其可 用于塑料、油类及油墨等，也可用于合成香料的原料。目前文献中有很 多关于乙酸酯类的制造工艺，其大致可分为下列几种方式(i) 首先利用预反应器进行乙酸酯化反应，再利用多个回收塔和分相槽进行酯类产物的提纯和回收，此过程最早由Keyes(1932)提出；然而此 工艺涉及较多的单元而略显复杂，且不利于操作和维持。(ii) 以单一反应蒸馏塔为主的设计，其主要将蒸馏塔分成三段即反 应段、精馏段和汽提段；其利用均相或非均相催化剂促使反应的进行。(iii) 以两个蒸馏塔为主的制造工艺，此设计主要使用一个反应蒸馏塔 和一个回收塔(如Bock， 1997)，虽然此设计可以在第二个回收塔塔底得到 高纯度的乙酸乙酯产物，但是塔顶部分的酸-醇-酯三成分混合物需再送回 至第一个蒸馏塔，且第一个反应蒸馏塔塔底的醇水混合物也需要再处理。上述方法中，最先进的技术为单一反应蒸馏塔的设计，文献上对于 此类单一反应蒸馏塔在研究上有相当多的探讨，从文献中的数据来看， 此类反应蒸馏塔得到的乙酸乙酯产物的纯度不高，因此不符合一般工业 界的需求。 一般而言，此形式的反应蒸馏塔塔顶产物受限于酸-醇-酯三成 分的共沸点，而塔底则受限于醋酸的高沸点特性，因此需要再处理不必 要的产物或者将其排出。鉴于上述缺点TW I 282746号专利公开了一种改良的单一反应蒸馏 塔的设计，其主要结构为反应蒸馏塔、液液分相槽和酯回收塔三个单元， 反应物由反应蒸馏塔底板入料，而反应蒸馏塔部分分为精馏段和反应段两部分，反应段部份主要由固体催化剂填充，且反应段放置在反应蒸馏 塔的中上段至底板或放置在反应蒸馏塔的中段至底板。利用分相槽将塔 顶的醇-酯-水三成分共沸混合物分离，接着将部分有机相回流至反应蒸馏 塔的顶板，部分有机相送至酯回收塔用于提纯高纯度酯类产物，可在酯 回收塔底部得到高纯度酯类。然而，这样的反应蒸馏塔的结构在操作和设计方面仍存在问题，特 别是填充有异相催化剂的反应蒸馏塔，其经常出现催化剂老化、置换及 装填方式的硬件设计的问题。因此，仍需要一种可以制得工业级以上的 高纯度酯类且能克服单一反应蒸馏塔不易填充/更换催化剂的缺点的方 法。
技术实现思路
为了达到上述和其它目的，本专利技术提供一种利用酸和醇制造酯类的方法，其包括下列步骤(a)由反应蒸馏塔抽出包括酸和醇的液体混合物， 送入至少一个填充有催化剂的侧流反应器；(b)将该侧流反应器的反应产 物送回该反应蒸馏塔，并从塔顶分离出包括醇、酯和水的第一混合物； (c)将该第一混合物送入分相槽，分离出有机相和水相；以及(d)从该有机 相中分离出工业级纯度的酯类。本专利技术还提供一种利用酸和醇制造酯类的系统，其包括(A)反应蒸馏 塔，其用于接收酸进料和醇进料并在顶部形成含有醇、酯和水的第一混 合物；(B)侧流反应器，其用于接收从该反应蒸馏塔抽出的含有酸和醇的 液体混合物以进行酯化反应，该反应器形成的反应产物将送回反应蒸馏 塔；以及(C)分相槽，其用于接收该反应蒸馏塔顶部分离出的第一混合物 并将该混合物分离成富含酯类的有机相和水相。本专利技术的方法使用酸、醇作为反应原料，利用改良的反应蒸馏塔， 在不需要额外使用多个回收塔和分相槽的条件下即可有效进行分离、纯 化，获得工业级纯度的酯类。本专利技术利用在反应蒸馏塔外部设置侧流反 应器，用以有效克服单一反应蒸馏塔不易填充/更换催化剂的缺点；另一 方面，通过调整侧流反应器的数目、物流抽出/送回的位置、进料/出料流 量等操作条件，本专利技术的方法和系统能够以最低的年总成本在酯类的连续式工业生产中应用。 附图说明图1是说明本专利技术的方法的第一具体实例的示意图2是说明本专利技术的方法的第二具体实例的示意图3是说明本专利技术的方法的第三具体实例的示意图4是说明本专利技术的系统的第一具体实例的示意图5是说明本专利技术的系统的第二具体实例的示意图；以及图6是说明本专利技术的系统的第三具体实例的示意图。具体实施例方式以下将通过特定的具体实施方式进一步详细说明本专利技术，但并非用 以限制本专利技术的范畴。本专利技术的方法主要通过作为反应物的酸和醇进行酯化反应形成酯 类，该酯化反应如下式所示酸+醇o酯+水该反应为可逆反应，其中，酸的实例为乙酸，醇的实例包括乙醇、 异丙醇和丁醇，酯类的实例为乙酸乙酯、乙酸异丙酯或乙酸丁酯。反应 所需的催化剂主要有均相催化剂和非均相催化剂两种。在本专利技术的方法 中，使用非均相固体催化剂，其优点在于可利用填充的方式放置在所需 位置(例如底板、侧流反应器、底板与反应器或是预反应器)，因此可以 灵活地选择反应位置，且没有液体催化剂回收方面等问题。该固体催化剂可以是离子交换树脂，例如本领域常用的Amberlyst 15 (Rohm and Hass) 或Purolite CT179 (Purolite)等。催化剂的填充结构可使用常见的 Katapak-S方式，或利用固定装置放置在塔板内(Davy Process Technology)。本专利技术方法的第一具体实例使用乙酸和乙醇作为反应物制造乙酸乙酯。在该反应系统中，沸点为118.orc的反应物乙酸属于重组分，沸点为70.09'C的醇-酯-水三成分的共沸组成混合物属于轻组分，沸点为77.207。C的反应产物乙酸乙酯则介于中间沸点的位置，该反应系统中各组分的 沸点如表1所示表1物质种类沸点共沸组成(摩尔％)乙醇/乙酸乙酯/水70.09乙醇=11.26 乙酸乙酯=57.89 水=68.85乙酸乙酯/水70.37乙酸乙酯=68.85 水=31.15乙醇/乙酸乙酯71.81乙醇=46.20 乙酸乙酯=53.80乙酸乙酯77.20-乙醇/水78.18乙醇=90.37 水=9.63乙醇78.31-水100.0-乙酸118.01-如图1所示，在该具体实例中，为了获得高纯度乙酸乙酯产物，乙酸和乙醇反应物以摩尔比为0.94: l至0.96: l的比例直接连续地进料至该反应蒸馏塔110的塔底，或者首先送入进料槽(未示出)，再以共沸组成 连续地进料至该反应蒸馏塔110的塔底。该反应蒸馏塔110的总板数为 20，包括反应塔板和汽提塔板，反应蒸馏塔的温度在70-125"C之间，优 选在75-123"C之间。由于大量的酸会在塔底部分滞留，使塔底具有高浓 度反应物，因此该反应蒸馏塔110的底板部分可视乎需要填充固体催化 剂。另一方面，由于该反应蒸馏塔底部具有高浓度反应物，且具有较高 温度，在该具体实例中，包括酸和醇的液体混合物由塔底抽出，再经管 线101送入填充有催化剂的侧流反应器120，以进行酯化反应。该侧流反 应器120的反应温度取决于抽出物的温度，不需再额外设定。通过调整该反应蒸馏塔110底板的催化剂的填充量，可以改变该侧 流反应器120的反应量。例如，该侧流反应器120的反应量为总反应量 的8-15%，优选为总反应量的约11%，以降低反应的年总成本。此外， 反应蒸馏塔底板不填充催化剂，仅利用单一侧流反应器进行反应，增加8抽出物的流量也可达到所要求的规格。另一方面，调整该侧流反应器120 的反应产物送回至反应蒸馏塔110的位置，也利于降本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用酸和醇制造酯类的方法，其包括下列步骤：　（ａ）由反应蒸馏塔抽出包括酸和醇的液体混合物，送入至少一个填充有催化剂的侧流反应器；　（ｂ）将所述侧流反应器的反应产物送回所述反应蒸馏塔，并从塔顶分离出包括醇、酯和水的第一混合物； 　（ｃ）将所述第一混合物送入分相槽，分离出有机相和水相；以及　（ｄ）从该有机相中分离出工业级纯度的酯类。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：余政靖，黄孝平，李明哲，蔡瑞强，程建凯，
申请(专利权)人：中国石油化学工业开发股份有限公司，余政靖，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]