专利名称：一种合成二元羧酸酯的釜式高效酯化反应装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种制备羧酸酯用的反应装置，特别涉及用于二元羧 酸和低碳醇合成二元羧酸酯的釜式高效酯化反应装置。
背景技术：
二元羧酸酯是无色透明液体，溶于醇、醚，不溶于水，广泛用作生产 溶剂和增塑剂，是重要的有机合成原料。二元羧酸酯一般采用以羧酸和 醇为原料酯化反应制备，反应原理是醇分子中的羟基氢原子被酰基取代 而生成酯的反应。羧酸的酯化反应是一个可逆反应过程，原料羧酸、醇 和产物酯、水之间存在着一个固定的热力学平衡状态，将反应生成的水 和酯脱出，或者单独脱出其中的一种都将有利于反应向正反应方向进行。
在以硫酸、硝酸等液体无机酸作为催化剂的传统酯化工艺中，由于与 二元羧酸反应的低碳醇原料的沸点低于水的沸点，使得反应副产物水不 能顺利从反应体系中排出， 一般只能保持反应馏出物冷凝回流回反应体 系，直至达到热力学平衡状态反应结束，此种工艺酯化反应进行不完全，
二元羧酸的酯化转化率不高，最高仅能达到60-70%。例如英国专利 (GB143069)公开的工艺方法是使用浓硫酸作为催化剂，采用釜式反 应器间歇反应。另一方面，该类工艺反应结束后， 一般要通过有机溶剂 萃取来使生成的酯与水及作为液态无机酸催化剂分离，最为常用的有机 溶剂则是苯，其缺点是萃取之后必须要进行蒸馏脱苯、再对酯进行精馏， 因此也同时存在着能耗高、无机酸损失大、设备腐蚀严重等一系列问题， 并存在职业卫生方面的安全隐患。
生产羧酸酯的反应装置及方法还包括，德国专利(DE19610564)公开的是多个釜式反应器串联，反应在搅拌条件下进行，工艺操作烦琐复杂，
设备投资较大。如日本专利(JP03115249)公开的是在较高压力(0. 25 2.5MPa)和较高温度(150 350°C)下酸和醇并流自上而下进入反应器。 世界专利(W09008127)公开的是将管式反应器内部分成多个床层，固体 催化剂松散地装在床层中，醇蒸汽在酸液中以鼓泡的方式达到与酸、固 体催化剂接触，在一定压力下进行反应。
发表在《中国化工》(1998年第10期)的"对甲苯磺酸催化合成己二 酸二甲酯的研究"和《河北理工学院学报》(2006年第2期)的"己二酸 二甲酯的合成研究"，介绍了一种通过向反应体系中加入带水剂(环己垸 /苯)的方式来脱除二元羧酸与低碳醇酯化反应的副产物水，从而提高羧 酸原料的转化率。但此种方法反应时间较长，对羧酸原料的酯化率提高 幅度有限(转化率仅能达到大于90%)，同时还存在带水剂与酯化产物需 经多道工序进行分离，工艺操作流程复杂、设备投资高、环境污染程度 高等问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种用于羧酸和低碳醇合成二元羧酸酯的 釜式高效酯化反应装置，解决上述传统酯化方法中羧酸酯化转化率低以 及反应产物分离流程复杂等问题。
本实用新型提供的用于二元羧酸和低碳醇合成二元羧酸酯的釜式高 效酯化反应装置由低碳醇原料罐、微量进料泵、酯化反应釜、竖式冷却 回流换热器、卧式冷却换热器、废醇中间接收罐、精馏进料泵、低碳醇 精馏塔构成；微量进料泵进口与低碳醇原料罐出口相连，微量进料泵出 口与酯化反应釜低碳醇进料口相连，酯化反应釜气相馏出物出口与竖式 冷却回流换热器进口相连，卧式冷却换热器进口与竖式冷却回流换热器 出口相连，废醇中间接收罐与卧式冷却换热器出口相连，精馏进料泵进口与废醇中间接收罐出口相连，精馏进料泵出口与低碳醇精馏塔塔釜进 料口相连，低碳醇精馏塔塔顶精馏产物出口与低碳醇原料罐进口相连。
该酯化反应装置中所述的酯化反应釜，是配有电动搅拌器和夹套传 热结构的釜式反应器，夹套传热结构的传热物质入口设在夹套传热结构 的下部，传热物质出口设在夹套传热结构的上部；酯化反应釜顶部开有 低碳醇进料口、 二元酸进料口、气相馏出物出口、液位传感器口、温度 传感器口，酯化反应釜底部开有酯化产物出料口，低碳醇进口开在酯化 反应釜顶部，并通过插底管插入反应釜中下部，酯化产物出料口开在反 应釜底部，出口设有金属网。
该酯化反应装置中所述的竖式冷却回流换热器和卧式冷却换热器 是采用夹套结构的传热装置，夹套中为冷却换热介质。
该酯化反应装置中所述的低碳醇精馏塔是常压间歇操作、填料式精馏 塔。精馏塔釜设有液位传感器和夹套结构传热装置，塔釜上部开有温度 传感器口，塔釜底部开有精馏废水出料口，精馏塔顶设有回流比控制器， 开有温度传感器口和精馏产物出口 。
本实用新型的用于合成二元羧酸酯的釜式高效酯化反应装置，工艺操 作流程如下二元酸、低碳醇和固体强酸树脂催化剂加入到酯化反应釜 中，升温、启动搅拌，竖式冷却回流换热器的夹套内通冷却介质，保持 回流状态至酯化反应釜中己二酸全部溶解关闭竖式冷却回流换热器的夹 套冷却介质进口阀，同时开始向卧式冷却换热器的夹套内通冷却介质， 启动低碳醇微量进料泵连续向反应釜内补加原料低碳醇，进料速度以维 持釜内物料液面或温度基本不变，用蒸出的低碳醇把反应生产的水夹带 出反应系统，废醇液从废醇中间接收罐用精馏进料泵送填料式间歇精馏 塔处理，调节一定回流比将塔顶分离得到高纯度产物送低碳醇原料罐循 环使用。本实用新型的二元羧酸和低碳醇釜式高效酯化反应的工艺操作条件 范围如下低碳醇与二元羧酸投料摩尔比为1.8: 1-4.0: 1，固体强酸树
脂催化剂用量为原料己二酸重量的5-10%,酯化反应温度为80-12(TC， 反应时间4-10h。
所述的二元羧酸为C2 C10的脂肪族或芳香族二元羧酸。
所述的低碳醇为C1 C4的脂肪族低碳醇。
本实用新型介绍了一种新型高效酯化反应装置，与现有技术不同之处
是可以将二元羧酸和低碳醇反应产生的副产物水与低碳醇连续排出反应
系统，有效打破了二元酸与低碳醇酯化反应过程的热力学平衡限制，大
幅度提高羧酸的转化率至99%以上，同时副产物含水低碳废醇采用高效精
馏方式来脱除其中的水，得到的高纯度低碳醇作为反应原料直接循环利
用，大大降低了生产成本。另外，该反应装置可采用固体的强酸树脂代
替了液体无机酸作为催化剂，反应结束后可采取过滤的方式将催化剂快
速分离，可有效降低设备投资，该反应装置羧酸转化率高、工艺流程短、
设备腐蚀性低、环境污染小，更易于实现工业化生产。
图l.合成二元羧酸酯的釜式高效酯化反应装置示意图。
其中l.低碳醇原料罐 2.微量进料泵 3.酯化反应釜
4.竖式冷却回流换热器5.卧式冷却换热器 6.废醇中间接收罐
7.精馏进料泵 10. 二元酸进料口 13.液位传感器口 16.气相馏出物出口 19.精馏废水出料口具体实施方式
8.低碳醇精馏塔 ll.温度传感器口 14.酯化产物出料口 17.冷却介质出入口 20.精馏产物出口
9.低碳醇原料进料口 12.电动搅拌器 15.传热介质入口 18.液位传感器 21.回流比控制器本实用新型提供的用于二元羧酸和低碳醇合成二元羧酸酯的釜式高
效酯化反应装置由低碳醇原料罐l、微量进料泵2、酯化反应釜3、竖式 冷却回流换热器4、卧式冷却换热器5、废醇中间接收罐6、精馏进料泵 7 、低碳醇精馏塔8构成；微量进料泵2进口与低碳醇原料罐1出口相 连，微量进料泵2出口与酯化反应釜3低碳醇进料口 9相连，酯化反应 釜气相馏出物出口 16与竖式冷却回流换热器4进口相连，卧式冷却换热 器5进口与竖式冷却回流换热器4出口相连，废醇中间接收罐6与卧式 冷却换热器5出口相连，精馏进料泵7进口与废醇中间接收罐6出口相 连，精馏进料泵7出口与低碳醇精馏塔8塔釜进料口相连，低碳醇精馏 塔塔顶精馏产物出口 20与低碳醇原料罐1进口相连。
该酯化反应装置中所述的酯化反应釜3，是配有电动搅拌器12和夹 套传热结构的釜式反应器，夹套传热结构的传热物质入口 15设在夹套传 热结构的下部，传热物质出口设在夹套传热结构的上部；酯化反应釜顶 部开有低碳醇进料口 9、 二元酸进料口 10、气相馏出物出口 16、液位传 感器口 13、温度传感器口 11，酯化反应釜底部开有酯化产物出料口 14， 低碳醇进口开在酯化反应釜顶部，并通过插底管插入反应釜中下部，酯 化产物出料口开在反应釜底部，出口设有金属网。
该酯化反应装置中所述的竖式冷却回流换热器4和卧式冷却换热器5 是采用夹套结构的传热装置，夹套上设有冷却介质出入口 17，夹套中为 冷却换热介质。
该酯化反应装置中所述的低碳醇精馏塔是常压间歇操作、填料式精馏 塔。精馏塔釜设有液位传感器18和夹套结构传热装置，塔釜上部开有温 度传感器口 11，塔釜底部开有精馏废水出料口 19，精馏塔顶设有回流比 控制器21，开有温度传感器口 11和精馏产物出口 20。
权利要求1.一种合成二元羧酸酯的釜式高效酯化反应装置，由低碳醇原料罐、微量进料泵、酯化反应釜、竖式冷却回流换热器、卧式冷却换热器、废醇中间接收罐、精馏进料泵、低碳醇精馏塔构成；其特征在于微量进料泵进口与低碳醇原料罐出口相连，微量进料泵出口与酯化反应釜低碳醇进料口相连，酯化反应釜气相馏出物出口与竖式冷却回流换热器进口相连，卧式冷却换热器进口与竖式冷却回流换热器出口相连，废醇中间接收罐与卧式冷却换热器出口相连，精馏进料泵进口与废醇中间接收罐出口相连，精馏进料泵出口与低碳醇精馏塔塔釜进料口相连，低碳醇精馏塔塔顶精馏产物出口与低碳醇原料罐进口相连。
2.根据权利要求1所述的一种合成二元羧酸酯的釜式高效酯化反应 装置，其特征在于该酯化反应装置中所述的酯化反应釜，是配有电动 搅拌器和夹套传热结构的釜式反应器，夹套传热结构的传热物质入口设 在夹套传热结构的下部，传热物质出口设在夹套传热结构的上部；酯化 反应釜顶部开有低碳醇进料口、 二元酸进料口、气相馏出物出口、液位 传感器口、温度传感器口，酯化反应釜底部开有酯化产物出料口，低碳 醇进口开在酯化反应釜顶部，并通过插底管插入反应釜中下部，酯化产 物出料口开在反应釜底部，出口设有金属网。
3. 根据权利要求1所述的一种合成二元羧酸酯的釜式高效酯化反应 装置，其特征在于该酯化反应装置中所述的竖式冷却回流换热器和卧 式冷却换热器是采用夹套结构的传热装置，夹套中为冷却换热介质。
4. 根据权利要求1所述的一种合成二元羧酸酯的釜式高效酯化反应 装置，其特征在于该酯化反应装置中所述的低碳醇精馏塔是常压间歇 操作、填料式精馏塔，精馏塔釜设有液位传感器和夹套结构传热装置，塔釜上部开有温度传感器口，塔釜底部开有精馏废水出料口，精馏塔顶 设有回流比控制器，开有温度传感器口和精馏产物出口。
专利摘要本实用新型涉及一种合成二元羧酸酯的釜式高效酯化反应装置，由微量进料泵进口与低碳醇原料罐出口相连，微量进料泵出口与酯化反应釜低碳醇进料口相连，酯化反应釜气相馏出物出口与竖式冷却回流换热器进口相连，卧式冷却换热器进口与竖式冷却回流换热器出口相连，废醇中间接收罐与卧式冷却换热器出口相连，精馏进料泵进口与废醇中间接收罐出口相连，精馏进料泵出口与低碳醇精馏塔塔釜进料口相连，低碳醇精馏塔塔顶精馏产物出口与低碳醇原料罐进口相连；该装置打破了二元酸与低碳醇酯化反应过程的热力学平衡，提高了羧酸的转化率，得到高纯度低碳醇作为反应原料直接循环利用，降低了生产成本，工艺流程短、设备腐蚀低、环境污染小，易于工业化生产。
文档编号C07C67/08GK201372256SQ20092010602
公开日2009年12月30日 申请日期2009年3月4日 优先权日2009年3月4日
发明者任建平, 君 史, 阳 娄, 民 李, 健 王, 石鸣彦, 程光剑, 贺俊海, 黄集钺 申请人:中国石油天然气股份有限公司