CN103214367B - 醋酸异丙酯的连续化生产装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种醋酸异丙酯的连续化生产装置及方法，该方法连续将醋酸和异丙醇进料至反应器，并在浓硫酸催化下在其中进行酯化反应，得到反应混合物；将所述反应混合物送入反应精馏塔中，当其液位超过4/5时进行酯化反应并精馏，将得到的塔底混合物的一部分送入所述反应器，剩余部分返回所述反应精馏塔，保持循环；将得到的塔顶混合物依次进行冷凝、分相，得到醋酸异丙酯粗品；将所述醋酸异丙酯粗品送入成品精制塔中进行精馏，经冷凝后，得到醋酸异丙酯成品。本发明明显增加了前段的酯化反应时间，使反应精馏塔塔顶异丙醇、醋酸异丙酯和水的三元共沸比较稳定，分相器中分层界面清晰，生成的水能自动分出，进而在万吨级生产中能得到合格产品。

Description

醋酸异丙酯的连续化生产装置及方法

技术领域

本发明涉及醋酸异丙酯生产技术领域，特别涉及一种醋酸异丙酯的连续化生产装置及方法。

背景技术

醋酸异丙酯又名乙酸异丙酯，结构简式为CH₃COOCH（CH₃）₂。醋酸异丙酯是一种具有水果香味的无色透明液体，能与醇、酮和醚等多种有机溶剂混溶，可用于涂料、塑料、香料、医药和农药等工业领域，应用范围较为广泛。目前，工业上普遍采用的醋酸异丙酯的生产方法是以醋酸和异丙醇为原料，以硫酸为催化剂酯化制得。

上述酯化的合成工艺一般有两种方式，一种是间歇法，即醋酸和异丙醇在浓硫酸的作用下反应，然后经中和、脱水和精馏，制得成品，但是，间歇法由于受反应平衡的限制，原料转化率不高，反应时间长，不利于工业化生产；另一种是采用反应蒸馏或反应精馏的连续化生产，如申请号为02111177.4的中国专利文献公开的连续法酯化反应制备乙酸异丙酯的方法及装置，在该装置反应精馏柱底部的预反应区内，一定量的冰醋酸、异丙醇和酸性物质催化剂加热反应，所述的冰醋酸和异丙醇的比例是冰醋酸：异丙醇=（1.2～10）：1（摩尔比），所述的酸性物质催化剂的含量是0.01～1%（重量）；预反应区内的物质连续抽出，并从反应精馏柱的中上部返回，进行循环；冰醋酸从反应精馏柱的中部、异丙醇从预反应区连续加入反应***，经反应、精馏，在精馏塔中连续采出乙酸异丙酯成品。

相比于间歇法，上述连续法酯化反应制备乙酸异丙酯的方法比较适于工业化生产，但是，在万吨级大工业化生产中，应用上述连续法酯化反应制备乙酸异丙酯的方法制备醋酸异丙酯时，分相器分层不清，反应生成的水不能自动分出，导致得不到合格的醋酸异丙酯产品。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种醋酸异丙酯的连续化生产装置及方法，该装置及方法在万吨级大工业化生产时能得到合格的醋酸异丙酯产品。

本发明提供一种醋酸异丙酯的连续化生产装置，包括：

反应器，所述反应器下部设有加料口，顶部设有出料口；

加料口与所述反应器的出料口相通的反应精馏塔，所述反应精馏塔的液体出口与所述反应器的加料口相通，且与自身的加料口相通；

与所述反应精馏塔的气体出口相通的第一冷凝器；

与所述第一冷凝器相通的第一分相器；

加料口与所述第一分相器中部的出口相通的成品精制塔；

与所述成品精制塔的气体出口相通的第二冷凝器；

与所述第二冷凝器相通的第二分相器；

与所述成品精制塔的出料口相通的成品冷凝器；

与所述成品冷凝器相通的成品槽。

优选的，还包括：

与所述反应器的加料口相通的醋酸储罐；

通过所述成品冷凝器与所述反应器的加料口相通的异丙醇储罐。

本发明提供一种醋酸异丙酯的连续化生产方法，包括：

a）连续将醋酸和异丙醇进料至反应器，并在浓硫酸的催化作用下在其中进行酯化反应，得到反应混合物；

b）将所述反应混合物送入反应精馏塔中，当其液位超过4/5时进行酯化反应并精馏，得到塔顶混合物和塔底混合物；

c）将所述塔底混合物的一部分送入所述反应器，剩余部分返回所述反应精馏塔，保持循环；

将所述塔顶混合物依次进行冷凝、分相，得到醋酸异丙酯粗品；

d）将所述醋酸异丙酯粗品送入成品精制塔中进行精馏，经冷凝后，得到醋酸异丙酯成品。

优选的，所述醋酸和异丙醇在反应器中进行酯化反应之前，利用冷凝醋酸异丙酯成品的热量对所述异丙醇进行预加热。

优选的，所述步骤a）中，所述醋酸的进料速度为0.5m³/h～0.6m³/h，所述异丙醇的进料速度为0.6m³/h～0.7m³/h。

优选的，所述步骤b）中，所述反应精馏塔的回流比为9～11。

优选的，所述步骤c）中，所述分相得到的有机相醋酸异丙酯含量超过92%时，得到醋酸异丙酯粗品。

优选的，所述步骤c）中，将所述塔底混合物的一部分送入所述反应器时，送入量为2.5m³/h～3.5m³/h。

与现有技术相比，本发明首先连续将醋酸和异丙醇送入反应器中，并在浓硫酸的催化作用下在其中进行酯化反应，然后将酯化反应得到的反应混合物送入反应精馏塔中，当其液位超过4/5时，进行酯化反应并精馏，得到塔顶混合物和塔底混合物，塔底混合物的一部分返回所述反应器，剩余部分返回所述反应精馏塔，不断循环，而塔顶混合物采用第一冷凝器进行冷凝，再采用第一分相器进行分相，最后将分相得到的醋酸异丙酯粗品送入成品精制塔中进行精馏，经冷凝后，得到醋酸异丙酯成品。由于万吨级大工业化生产的物料较多，本发明在反应精馏塔前设置反应器，在浓硫酸的催化作用下，醋酸和异丙醇在所述反应器中进行酯化反应，达到一定的转化率，并且，在酯化反应得到的反应混合物在反应精馏塔中的液位超过4/5时，本发明才在所述反应精馏塔中进行酯化反应并精馏，因此，本发明明显增加了前段的酯化反应时间，使异丙醇反应完全，从而使得反应精馏塔塔顶异丙醇、醋酸异丙酯和水的三元共沸较为稳定，第一分相器中分层界面清晰，反应生成的水能自动分出，这样得到的醋酸异丙酯粗品再经过精馏，即能得到合格的醋酸异丙酯。实践表明，本发明的装置和方法运用到万吨级大工业化生产时，所得成品中醋酸异丙酯的含量在99.8%以上。

附图说明

图1为本发明实施例提供的醋酸异丙酯的连续化生产装置的结构示意图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明提供了一种醋酸异丙酯的连续化生产装置，包括：

反应器，所述反应器下部设有加料口，顶部设有出料口；

加料口与所述反应器的出料口相通的反应精馏塔，所述反应精馏塔的液体出口与所述反应器的加料口相通，且与自身的加料口相通；

与所述反应精馏塔的气体出口相通的第一冷凝器；

与所述第一冷凝器相通的第一分相器；

加料口与所述第一分相器中部的出口相通的成品精制塔；

与所述成品精制塔的气体出口相通的第二冷凝器；

与所述第二冷凝器相通的第二分相器；

与所述成品精制塔的出料口相通的成品冷凝器；

与所述成品冷凝器相通的成品槽。

本发明提供的醋酸异丙酯的连续化生产装置运用到万吨级大工业化生产时，装置开车能获得合格的产品。

本发明实施例提供的醋酸异丙酯的连续化生产装置如图1所示，图1为本发明实施例提供的醋酸异丙酯的连续化生产装置的结构示意图。

在图1中，1为醋酸储罐，2为异丙醇储罐，3为反应器，4为反应精馏塔，5为第一再沸器，6为第一冷凝器，7为第一分相器，8为废水槽，9为粗品槽，10为成品精制塔，11为第二冷凝器，12为第二分相器，13为第一成品冷凝器，14为第二成品冷凝器，15为第二再沸器，16为成品槽，17为轻组分槽。

在本发明中，所述连续化生产装置包括反应器3，其下部设有加料口，顶部设有出料口。本发明对所述反应器的类型没有特殊限制，原料醋酸和异丙醇连续地从加料口进入反应器3，催化剂浓硫酸一次性投入到反应器3，在其中进行酯化反应。

所述连续化生产装置包括反应精馏塔4，相应的包括与其气体出口相通的第一冷凝器6和与第一冷凝器6相通的第一分相器7；所述气体出口位于反应精馏塔4的顶部。

反应精馏塔4中部设有加料口，底部设有液体出口，上部设有液体入口。反应精馏塔4的加料口与反应器3的出料口相通，液体出口与反应器3的加料口相通，且与自身的加料口相通。本发明对所述反应精馏塔没有特殊限制，反应精馏塔4可由第一再沸器5进行加热。在反应器3中酯化反应得到的物料从反应器3顶部引出，从反应精馏塔4中部进入反应精馏塔4，当其液位超过4/5时，开启第一再沸器5蒸汽阀门，对物料开始加热，升温进行酯化反应并精馏。同时，反应精馏塔4底部的一部分物料返回反应器3，不断循环，另一部分物料打入反应精馏塔4中部进行循环。

随着反应的不断进行，反应精馏塔4中的反应物料从顶部经第一冷凝器6冷却后，进入第一分相器7进行分相，第一分相器7中部的出口与反应精馏塔4的液体入口相通。在第一分相器7中，水从其底部排出，可进入废水槽8；有机相从其中部的出口分出，当第一分相器7中明显有水时，反应精馏塔4顶部温度稳定在75℃，上层有机相返回到反应精馏塔4中作回流，当反应精馏塔4顶部温度超过80℃，有机相醋酸异丙酯含量超过92%时，得到醋酸异丙酯粗品，其可进入粗品槽9。

由于万吨级大工业化生产的物料较多，本发明在反应精馏塔前设置反应器，在浓硫酸的催化作用下，醋酸和异丙醇在所述反应器中进行酯化反应，达到一定的转化率，并且，在酯化反应得到的反应混合物在反应精馏塔中的液位超过4/5时，本发明才在所述反应精馏塔中进行酯化反应并精馏，因此，本发明明显增加了前段的酯化反应时间，使异丙醇反应完全，从而使得反应精馏塔塔顶异丙醇、醋酸异丙酯和水的三元共沸较为稳定，第一分相器中分层界面清晰，反应生成的水能自动分出，这样得到的醋酸异丙酯粗品再经过精馏，即能得到合格的醋酸异丙酯。

在本发明中，为了将粗品进行精制，所述连续化生产装置包括成品精制塔10，相应的包括与其气体出口相通的第二冷凝器11和与第二冷凝器11相通的第二分相器12，以及与成品精制塔10的出料口相通的成品冷凝器。所述气体出口位于成品精制塔10的顶部，出料口位于成品精制塔10的中下部；所述成品冷凝器连有成品槽16。

成品精制塔10中部设有加料口，上部设有液体入口。成品精制塔10的加料口与第一分相器7中部的出口相通，本发明对所述成品精制塔没有特殊限制，其可由第二再沸器15进行加热。经第一分相器7分相得到的醋酸异丙酯粗品进入成品精制塔10，开启第二再沸器15，进行精馏工作。

在成品精制塔10中，小部分异丙醇和水等从成品精制塔10顶部出来，经第二冷凝器11冷却后，进入第二分相器12进行分相，水从其底部排出，也可进入废水槽8；有机相从中部的出口分出，异丙醇等轻组分可进入轻组分槽17，再经泵大部分返回成品精制塔10上部作回流，小部分可返回到粗品槽9中。

醋酸异丙酯成品从成品精制塔10中下部抽出，通过所述成品冷凝器冷却后，得到成品，进入成品槽16。其中，所述成品冷凝器优选包括第一成品冷凝器13和第二成品冷凝器14，冷却效果更好。

本发明对所述冷凝器、分相器、成品槽等没有特殊限制，采用本领域常用的设备即可。

实践表明，本发明的装置运用到万吨级大工业化生产时，所得成品中醋酸异丙酯的含量在99.8%以上。

在本发明中，所述连续化生产装置优选还包括与反应器3的加料口相通的醋酸储罐1、通过成品冷凝器与反应器3的加料口相通的异丙醇储罐2，用于储存原料，并可通过泵向反应器3进料。其中，异丙醇储罐2输出的异丙醇优选由所述成品冷凝器如第一成品冷凝器13进行预加热，这样减少了加热原料所用蒸汽的消耗，也减少了成品冷却所需水的消耗，节能降耗，利于应用。

本发明还提供了一种醋酸异丙酯的连续化生产方法，包括：

a）连续将醋酸和异丙醇进料至反应器，并在浓硫酸的催化作用下在其中进行酯化反应，得到反应混合物；

b）将所述反应混合物送入反应精馏塔中，当其液位超过4/5时进行酯化反应并精馏，得到塔顶混合物和塔底混合物；

c）将所述塔底混合物的一部分送入所述反应器，剩余部分返回所述反应精馏塔，保持循环；

将所述塔顶混合物依次进行冷凝、分相，得到醋酸异丙酯粗品；

d）将所述醋酸异丙酯粗品送入成品精制塔中进行精馏，经冷凝后，得到醋酸异丙酯成品。

本发明提供的醋酸异丙酯的连续化生产方法运用到万吨级大工业化生产时，使装置得到了合格的产品。

本发明首先将醋酸和异丙醇连续地向反应器中进料，并在浓硫酸的催化作用下进行酯化反应，得到反应混合物。

本发明以醋酸和异丙醇为原料，以浓硫酸为催化剂，通过酯化反应制备醋酸异丙酯。将原料向反应器中进料时，所述醋酸的进料速度优选为0.5m³/h～0.6m³/h，所述异丙醇的进料速度优选为0.6m³/h～0.7m³/h。所述醋酸和异丙醇按照摩尔比约为1:1的比例，通过泵和流量调节阀打入反应器中；所述浓硫酸采用常用的催化剂用量，如为原料总重量的0.3%～1%即可。

所述醋酸和异丙醇在反应器中进行酯化反应之前，本发明优选利用冷凝醋酸异丙酯成品的热量对所述异丙醇进行预加热，这样减少了加热原料所用蒸汽的消耗，也减少了成品冷却所需水的消耗，节能降耗，利于应用。

所述原料从底部加料口进入反应器中进行反应，所述反应的温度优选为80℃～100℃；反应后从反应器顶部出料口出来，进入反应精馏塔，当所述反应精馏塔液位超过4/5时进行酯化精馏，得到塔顶混合物和塔底混合物。

随着反应的不断进行，所述反应精馏塔中塔底混合物的一部分物料通过泵打入所述反应器中保持循环，循环量优选为2.5m³/h～3.5m³/h；另一部分物料通过泵打入自身中部，保持循环，循环量优选为2.5m³/h～3.5m³/h；塔顶混合物从所述反应精馏塔顶部经第一冷凝器冷凝后，进入第一分相器进行分相。

当所述第一分相器中明显有水时，所述反应精馏塔塔顶温度稳定在75℃，分去水，可进入废水槽，上层有机相返回到所述反应精馏塔中，所述反应精馏塔的回流比优选为9～11，本发明通过控制加热量和回流比，来控制塔顶的温度，防止醋酸从塔顶跑出；

在异丙醇和醋酸不断进入所述反应精馏塔，且保持循环的过程中，当所述反应精馏塔顶部温度超过80℃，所述第一分相器中的有机相醋酸异丙酯含量优选超过92%时，如有机相组成为异丙醇3%、醋酸异丙酯93%、水4%时，得到醋酸异丙酯粗品，可进入粗品槽。

由于万吨级大工业化生产的物料较多，本发明在反应精馏塔前设置反应器，在浓硫酸的催化作用下，醋酸和异丙醇在所述反应器中进行酯化反应，达到一定的转化率，并且，在酯化反应得到的反应混合物在反应精馏塔中的液位超过4/5时，本发明才在所述反应精馏塔中进行酯化反应并精馏，因此，本发明明显增加了前段的酯化反应时间，使异丙醇反应完全，从而使得反应精馏塔塔顶异丙醇、醋酸异丙酯和水的三元共沸较为稳定，第一分相器中分层界面清晰，反应生成的水能自动分出，这样得到的醋酸异丙酯粗品再经过精馏，即能得到合格的醋酸异丙酯。

得到醋酸异丙酯粗品后，将其通过泵一部分返回所述反应精馏塔中作回流，另一部分进入成品精制塔中进行精馏，进料量优选为1m³/h～2m³/h，经冷凝后，得到醋酸异丙酯成品。

所述醋酸异丙酯粗品在所述成品精制塔中，通过其第二再沸器控制加热量，进行精馏工作。其中，回流比优选为11～13；塔顶温度优选为76℃～80℃。

异丙醇和水等从所述成品精制器塔顶出来，经第二冷凝器冷却后，进入第二分相器进行分相，水从底部可进入废水槽，有机相可进入轻组分槽，再经泵大部分返回塔顶作回流，小部分可返回到粗品槽；

醋酸异丙酯成品从所述成品精制塔中下部抽出，通过成品冷凝器冷却后，得到成品，进入成品槽。

实践表明，本发明的方法运用到万吨级大工业化生产时，所得成品中醋酸异丙酯的含量在99.8%以上。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的醋酸异丙酯的连续化生产装置及方法进行具体描述。

实施例1

本发明实施例提供的醋酸异丙酯的连续化生产装置如图1所示。

打开醋酸储罐1底部计量阀，通过泵连续将醋酸按照0.55m³/h的速度向反应器3中进料，同时打开异丙醇储罐2底部计量阀，通过泵连续将异丙醇按照0.65m³/h的速度向反应器3中进料，所述异丙醇在进料之前由第一成品冷凝器13冷凝成品的热量进行预加热，并在反应器3中一次性投入30kg浓硫酸。

进料后的醋酸和异丙醇在浓硫酸的催化作用下，在反应器3中进行酯化反应，温度为80℃～100℃。随着物料在反应器3中不断积聚，积满以后，从反应器3顶部出料口引出，由反应精馏塔4中部加料口慢慢进入其中，当反应精馏塔4液位超过4/5时，开启第一再沸器5蒸汽阀门，对物料开始加热，进行酯化反应并精馏，同时打开反应精馏塔4底部的循环泵，把反应精馏塔4中塔底的一部分物料打入反应器3中，不断循环，循环量为3m³/h。

随着反应的不断进行，反应物料从反应精馏塔4顶部经第一冷凝器6冷凝，进入第一分相器7进行分相，当第一分相器7中明显有水时，反应精馏塔4塔顶温度稳定在75℃，分去水，水从第一分相器7底部排出，进入废水槽8，上层有机相返回到反应精馏塔4中，反应精馏塔4的回流比为10；在异丙醇和醋酸不断进入反应精馏塔4，且保持循环的过程中，当反应精馏塔4顶部温度超过80℃，第一分相器7中的有机相醋酸异丙酯含量超过92%时，得到醋酸异丙酯粗品，进入粗品槽9，有机相组成为异丙醇3%、醋酸异丙酯93%、水4%。

将得到的醋酸异丙酯粗品通过泵一部分返回反应精馏塔4中作回流，另一部分按照1.5m³/h的进料量，不断送入成品精制塔10中，开启成品精制塔10的第二再沸器15，进行精馏工作，回流比为12，塔顶温度为76℃～80℃。成品精制塔10塔顶采出的有机相经第二冷凝器11冷凝、第二分相器12分相，水从底部进入废水槽8，有机相先进入轻组分槽17，再经泵大部分返回成品精制塔10塔顶作回流、小部分返回到粗品槽9中；成品精制塔10中下部出料口出料，通过第一成品冷凝器13、第二成品冷凝器14冷凝后，每小时可采出1m³的醋酸异丙酯成品，进入成品槽16，成品中醋酸异丙酯含量≥99.9%，醋酸含量≤0.005%。

由以上实施例可知，本发明的装置和方法运用到万吨级大工业化生产时，所得成品中醋酸异丙酯的含量在99.8%以上，即本发明能够获得合格的醋酸异丙酯产品。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种醋酸异丙酯的连续化生产方法，包括：

a)连续将醋酸和异丙醇进料至反应器，并在浓硫酸的催化作用下在其中进行酯化反应，得到反应混合物；

b)将所述反应混合物送入反应精馏塔中，当其液位超过4/5时进行酯化反应并精馏，得到塔顶混合物和塔底混合物；

c)将所述塔底混合物的一部分送入所述反应器，剩余部分返回所述反应精馏塔，保持循环；

将所述塔顶混合物依次进行冷凝、分相，得到醋酸异丙酯粗品；

d)将所述醋酸异丙酯粗品送入成品精制塔中进行精馏，经冷凝后，得到醋酸异丙酯成品。

2.根据权利要求1所述的连续化生产方法，其特征在于，所述醋酸和异丙醇在反应器中进行酯化反应之前，利用冷凝醋酸异丙酯成品的热量对所述异丙醇进行预加热。

3.根据权利要求1所述的连续化生产方法，其特征在于，所述步骤a)中，所述醋酸的进料速度为0.5m³/h～0.6m³/h，所述异丙醇的进料速度为0.6m³/h～0.7m³/h。

4.根据权利要求1所述的连续化生产方法，其特征在于，所述步骤b)中，所述反应精馏塔的回流比为9～11。

5.根据权利要求1所述的连续化生产方法，其特征在于，所述步骤c)中，所述分相得到的有机相醋酸异丙酯含量超过92％时，得到醋酸异丙酯粗品。

6.根据权利要求1所述的连续化生产方法，其特征在于，所述步骤c)中，将所述塔底混合物的一部分送入所述反应器时，送入量为2.5m³/h～3.5m³/h。