专利名称：一种精制乙酸乙酯的系统及其应用的制作方法
技术领域：
本发明属于有机化合物制备领域，具体涉及一种精制羧酸酯的系统及其应用。
背景技术：
乙酸乙醋是生产量较大，用途较广的一种重要的有机化工原料，是应用最广泛的脂肪酸酯类，可用于制造乙酞胺、乙酞乙酸醋、甲基庚烯酮等，在香料、医药、油漆涂料、印刷油墨及食品工业中有广泛的应用。目前我国主要的生产方法是在浓硫酸的催化下，乙酸和乙醇反应，经过脱酸、脱水精制而得。制取乙酸乙酯的反应如下式(I)
CH3COOH I C2H5OH ^CH3COOC2H5 I-H2O( I )由于乙醇与乙酸反应是可逆的，因此要获得乙酸乙醋产品，需要不断将反应产物之一取走，反应才能继续进行。目前生产过程是酯化塔顶蒸汽经冷凝器冷凝和冷却后进入分相器分层，从分层后的酯相引出一部分回流到酯化塔内，将反应产物水和未反应的乙醇以恒沸形式带走，以保证酯化反应的连续进行；另一部分酯相进入脱水塔内分离提纯以达到乙酸乙酯成品的质量要求。由于反应生产水、乙酯、乙醇能分别形成三元、二元共沸物；并且能部分互溶，给乙酸乙酯的精制带来困难。具体表现在由于共沸物的含水量与分相后酯相的含水量差别不大，使回流酯的带水能力差；同时，由于酯化反应为可逆反应，在乙酸过量的工艺中也不能将乙醇完全反应掉，而且乙醇的极性介于水和乙酯之间，并且分别与水和乙酯互溶，由于乙醇的存在，增加了水和乙酯的相互溶解度，进一步降低了带水能力；种种原因造成了酯化塔和脱水塔的回流比大，增加了能耗水平。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明的目的是提出一种精制乙酸乙酯的系统。本发明的另一目的是提出用本发明的系统精制乙酸乙酯的方法。实现本发明上述目的的技术方案为一种精制乙酸乙酯的系统，包括进行酯化反应的酯化塔和通过管道连接酯化塔的脱水塔，该系统还包括醇酯分离塔和乙醇浓缩塔上下一体共同构成的醇酯回收复合塔、第一和第二分离装置、废水回收装置和第一再沸器；所述酯化塔上部设置有分相器，分相器有水相和酯相的出口。所述脱水塔设置有液体入口、成品出口、蒸汽出口和蒸汽入口，酯化塔的酯相出口与脱水塔连接，所述醇酯分离塔设置有蒸汽出口和液体入口、液体出口，脱水塔蒸汽出口通过第一分离装置与醇酯分离塔液体入口连接，所述酯化塔分相器的水相出口也与醇酯分离塔液体入口连接；所述醇酯分离塔的蒸汽出口连接第二分离装置； 所述乙醇浓缩塔设置有蒸汽出口、乙醇入口和废水出口，所述醇酯分离塔的液体出口通过管道与乙醇浓缩塔连接，所述乙醇浓缩塔的蒸汽出口通过管道与第一再沸器连接，所述第一再沸器通过管道分别与乙醇浓缩塔的乙醇入口和酯化塔连接，所述乙醇浓缩塔的废水出口与废水回收装置连接。其中，所述分离装置包括通过管道依次连接的分凝器、冷却器、和分相器；所述分相器包括水相出口和酯相出口，分相器的水相出口连接醇酯分离塔的液体入口，分相器的酯相出口与脱水塔连接；所述分凝器的数目为一个或一个以上，优选为二个。其中，所述废水回收装置包括通过管道依次连接的闪蒸罐和第二再沸器，所述第二再沸器通过管道与脱水塔蒸汽入口连接。其中，还包括预热器，所述酯化塔和脱水塔之间通过管道连接预热器，所述醇酯分离塔分相器的酯相出口也与脱水塔通过管道和预热器连接。
一种使用本发明提出的精制乙酸乙酯的系统精制乙酸乙酯的方法，包括步骤酯化塔产出的乙酸乙酯-乙醇-水的混合物经过分相，水相进入醇酯分离塔，酯相进入脱水塔，脱水塔塔顶的产出的蒸汽经第一分离装置分离后，分离出的酯相回流至脱水塔，水相进入醇酯分离塔；醇酯分离塔产生的蒸汽进入第二分离装置分离，分离出的水相进入醇酯分离塔，醇酯分离塔塔顶采出含1-3%乙醇的乙酸乙酯经过分离进入脱水塔，醇酯分离塔底部排出的含乙醇的溶液进乙醇浓缩塔，乙醇浓缩塔塔顶馏出液部分回流，部分采出去酯化塔继续参加酯化反应；同时，第二分离装置产生粗甲酯并排出系统外。其中，所述第一分离装置分离出的酯相回流至脱水塔，回流比为2-5 1，乙酸乙酯成品自脱水塔下部成品出口采出。其中，所述醇酯分离塔的塔釜温度为90-95度，所述乙醇浓缩塔塔顶馏出液的回流比为2-4 I。其中，所述乙醇浓缩塔塔釜排出的废水经废水回收装置产生二次蒸汽作为醇酯分离塔的热源。其中，所述分离装置中，还加入水(萃取剂)。蒸汽经过分凝器、冷却器后，成为冷凝液，加水的质量与被分离物料(冷凝液)质量比为O. 5-2 1，水和冷凝液在分相器内被分离成下层的水相和上层的酯相。其中，所述废水回收装置产生的废热水和乙醇浓缩塔塔顶蒸汽作为脱水塔的加热热源。本发明具有以下优点I、本发明将传统工艺中的一个废水回收塔设计为一个醇酯分离复合塔，分别完成乙酯与乙醇的分离和乙醇的脱水浓缩过程。2、本发明将脱水塔与醇酯分离复合塔进行了热量的耦合，充分利用系统热源，降低了能耗。3、本发明采用分凝工艺，将乙酯中的低沸点杂质最大限度的分离，在提高了成品的质量的同时，也相应降低了脱水塔的回流比，降低了能耗。4、本发明通过加入萃取剂，增加脱水塔的醇酯分离效果，取消了头油的采集，减少了乙酯在系统的循环量(头油是脱水塔顶得到的含有乙醇、水和少量乙酸甲酯的混合物)。5、本发明与传统工艺比较，可以将乙酯生产的能耗水平降低25% ;经济效益显著。
图I是本发明精制乙酸乙酯的系统流程图。图中，I为脱水塔，2为酯化塔，3A为醇酯分离塔，3B为乙醇浓缩塔，3A和3B上下一体构成醇酯回收复合塔，4为第一分凝器，5为第二分凝器，6为第一冷却器，7为脱水塔分相器，8为第三分凝器，9为第二冷却器，10为醇酯分离塔分相器，11为第四分凝器，12为第一再沸器，13为闪蒸罐，14为再沸器，15为预热器。具体实施例方式以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例I :精制乙酸乙酯的系统参见图I。一种精制乙酸乙酯的系统，包括进行酯化反应的酯化塔2和通过管道连接酯化塔的脱水塔1，酯化塔2和脱水塔I之间还连接有预热器15，脱水塔I设置有液体入口、成品出口、蒸汽出口和蒸汽入口，脱水塔I蒸汽出口通过管道与第一分凝器4连接，该第一分凝器4包括有蒸汽出口和液体出口，第一分凝器4的液体出口通过管道与第一冷却器6和脱水塔分相器7依次连接，第一分凝器4的蒸汽出口与第二分凝器5通过管道连接，第二分凝器5与醇酯回收复合塔上部的醇酯分离塔3A连接。第一分凝器4、第一冷却器6、第二分凝器5和脱水塔分相器7组成了第一分离装置。酯化塔2上部设置有分相器，分相器有水相和酯相的出口。酯化塔2的酯相出口与脱水塔I连接。所述醇酯分离塔3A设置有蒸汽出口和液体入口、液体出口，脱水塔I蒸汽出口通过第一分离装置与醇酯分离塔3A液体入口连接，所述酯化塔2分相器的水相出口也与醇酯分离塔3A液体入口连接。醇酯分离塔3A设置有蒸汽出口和液体出口，其蒸汽出口通过管道连接第三分凝器8。第三分凝器8包括有蒸汽出口和液体出口，第三分凝器8的液体出口通过管道与第二冷却器9和醇酯分离塔分相器10依次连接，第三分凝器8的蒸汽出口与第四分凝器11连接。第三分凝器8、第二冷却器9、醇酯分离塔分相器10和第四分凝器11组成了第二分离
>j-U ρ α装直。醇酯分离塔分相器10设置有酯相出口和水相出口，醇酯分离塔分相器10的酯相出口与预热器15通过管道连接，所述醇酯分离塔分相器10的水相出口与醇酯分离塔3Α通过管道连接；水相回流至醇酯分离塔3Α。醇酯分离塔3Α的液体出口通过管道与醇酯回收复合塔下部的乙醇浓缩塔3Β连接，乙醇浓缩塔3Β为正压塔，压力为O. 05-0. 35MPa。乙醇浓缩塔3B设置有蒸汽出口、乙醇入口和废水出口，其蒸汽出口通过管道与第一再沸器12连接，所述第一再沸器12通过管道分别与乙醇浓缩塔3B的乙醇入口和酯化塔2连接，所述乙醇浓缩塔3B的废水出口通过管道依次与闪蒸罐13和第二再沸器14连接，第二再沸器14通过管道与脱水塔I蒸汽入口连接。实施例2 :乙酸乙酯的精制如图I所示。由酯化塔2采出的乙酸乙酯-乙醇-水的混合物，含乙酸乙酯的质量比例为93%，经进料预热器15预热后经管道进入脱水塔I的中部进行精制，在脱水塔2塔釜得到乙酸乙酯成品，乙酸乙酯含量为99. 98%。水和乙醇及低沸物乙酸甲酯(沸点57.8摄氏度)向塔顶富集。塔顶蒸汽经管道进入第一分凝器4冷凝后，经第一冷却器6后进入脱水塔分相器7，加入水作为萃取剂，加水的比例为O. 5 I。达到降低分相器酯相醇含量的目的。上层酯相经管道回流；第一分凝器4汽相出口温度控制在60摄氏度，不凝汽经第二分凝器5冷凝后经管道与脱水塔分相器水相、酯化塔分相器水相10 —同进入醇酯回收复合塔的上段醇酯分离塔3A的中部，利用乙酸乙酯-乙醇-水三元共沸物的特点，通过控制本塔釜的温度在90摄氏度之间，在塔内将乙酯和少量的水与乙醇分离，塔顶富含乙酯和水的蒸汽经管道进入第三分凝器8冷凝后，经第二冷却器9后进入醇酯分离塔分相器10，上层酯相部分经管道回流，以维持本塔的正常操作；另一部分经管道返回脱水塔；水相则回流至本塔的中部，以进一步回收水相中的乙酯；分凝器8汽相出口温度控制在60摄氏度，不凝汽经分凝器11冷凝后采出含微量乙酯的粗甲酯·排至系统外。醇酯分离塔釜排出淡酒精(乙醇质量含量2% )经管道进入醇酯回收复合塔的下段乙醇浓缩塔3B中下部，乙醇浓缩塔3B的塔顶蒸汽经脱水塔第一再沸器12冷凝后得到的乙醇，一部分经管道回流(回流比3 I)本塔的顶部，一部分采出去酯化塔釜。乙醇浓缩塔为正压塔，压力O. 05MPa，塔顶温度控制在95摄氏度；塔釜采用直接蒸汽加热，乙醇浓缩塔釜排出的废水经闪蒸罐13闪蒸产生二次蒸汽作为醇酯分离塔的热源。闪蒸罐13剩余的热水经管道进入脱水塔第二再沸器14，并作为其热源；换热后的废水经管道进入预热器15用于预热进料，之后经管道外排。实施例3 :乙酸乙酯的精制精制乙酸乙酯的方法。步骤同实施例2。由酯化塔2采出的乙酸乙酯-乙醇-水的混合物，含乙酸乙酯的质量比例为93%。经进料预热器3预热后经管道进入脱水塔I的中部进行精制，在脱水塔2塔釜得到乙酸乙酯成品，乙酸乙酯含量为99. 8%。脱水塔塔顶蒸汽经管道进入第一分凝器4冷凝后，经第一冷却器6后进入脱水塔分相器7，加入水作为萃取剂，加水的比例为I : I。达到降低分相器酯相醇含量的目的。上层酯相经管道回流；第一分凝器4汽相出口温度控制在60摄氏度，不凝汽经第二分凝器5冷凝后经管道与脱水塔分相器水相、酯化塔分相器水相10 —同进入醇酯回收复合塔的上段醇酯分离塔3A的中部，利用乙酸乙酯-乙醇-水三元共沸物的特点，通过控制本塔釜的温度在93摄氏度，在塔内将乙酯和少量的水与乙醇分离，塔顶富含乙酯和水的蒸汽经管道进入第三分凝器8冷凝后，经第二冷却器9后进入醇酯分离塔分相器10，上层酯相经管道回流，以维持本塔的正常操作；另一部分经管道返回脱水塔；水相则回流至本塔的中部，以进一步回收水相中的乙酯；分凝器三汽相出口温度控制在60摄氏度，不凝汽经分凝器四11冷凝后采出含微量乙酯的粗甲酯排至系统外。醇酯分离塔釜排出乙醇质量含量3%经管道进入醇酯回收复合塔的下段乙醇浓缩塔3B中下部，乙醇浓缩塔3B的塔顶蒸汽经脱水塔第一再沸器12冷凝后得到的乙醇，一部分经管道回流本塔的顶部(回流比2 I)，一部分采出去酯化塔釜，回流比例为2 I。乙醇浓缩塔为正压塔，压力为O. 2MPa，塔顶温度控制在98摄氏度，塔釜采用直接蒸汽加热。乙醇浓缩塔釜排出的废水经闪蒸罐13闪蒸产生二次蒸汽作为醇酯分离塔的热源。闪蒸罐13剩余的热水经管道进入脱水塔再沸器14，并作为其热源；换热后的废水经管道进入预热器15用于预热进料，之后经管道外排。实施例4 乙酸乙酯的精制精制乙酸乙酯的方法。步骤同实施例2。由酯化塔2采出的乙酸乙酯-乙醇-水的混合物，含乙酸乙酯的质量比例为95%。经进料预热器3预热后经管道进入脱水塔I的中部进行精制，在脱水塔2塔釜得到乙酸乙酯成品，乙酸乙酯含量为99. 99%。脱水塔塔顶蒸汽经管道进入第一分凝器4冷凝后，经第一冷却器6后进入脱水塔分相器7，加入水作为萃取剂，加水的比例为2 I。达到降低分相器酯相醇含量的目的。上层酯相经管道回流；第一分凝器4汽相出口温度控制在60摄氏度，不凝汽经第二分凝器5冷凝后经管道与脱水塔分相器水相、酯化塔分相器水相10 —同进入醇酯回收复合塔的上段醇酯分离塔3A的中部，利用乙酸乙酯-乙醇-水三元共沸物的特点，通过控制本塔釜的温度在95摄氏度，在塔内将乙酯和少量的水与乙醇分离，塔顶富含乙酯和水的蒸汽经管道进入第三分凝器8冷凝后，经第二冷却器9后进入醇酯分离塔分相器10，上层酯相经管道回流，以维持本塔的正常操作；另一部分经管道返回脱水塔；水相则回流至本塔的中部，以进一步回收水相中的乙酯；分凝器三汽相出口温度控制在60摄氏度，不凝汽经分凝器四11冷凝后采出含微量乙酯的粗甲酯排至系统外。
醇酯分离塔釜排出乙醇质量含量2%的溶液经管道进入乙醇浓缩塔3B，乙醇浓缩塔的塔顶蒸汽经脱水塔第一再沸器12冷凝后得到的乙醇，一部分经管道回流本塔的顶部，一部分采出去酯化塔釜，回流比例为4 I。乙醇浓缩塔为正压塔，压力为O. 35MPa，塔顶温度控制在100摄氏度，塔釜采用直接蒸汽加热。乙醇浓缩塔釜排出的废水经闪蒸罐13闪蒸产生二次蒸汽作为醇酯分离塔的热源。闪蒸罐13剩余的热水经管道进入脱水塔再沸器14，并作为其热源；换热后的废水经管道进入预热器15用于预热进料，之后经管道外排。
权利要求
1.一种精制乙酸乙酯的系统，包括进行酯化反应的酯化塔⑵和通过管道连接酯化塔的脱水塔(I)，其特征在于，该系统还包括醇酯分离塔(3A)和乙醇浓缩塔(3B)上下一体共同构成的醇酯回收复合塔、第一和第二分离装置、废水回收装置和第一再沸器； 所述酯化塔⑵上部设置有分相器，所述脱水塔⑴设置有液体入口、成品出口、蒸汽出口和蒸汽入口，酯化塔(2)分相器的酯相出口与脱水塔(I)液体入口连接，所述醇酯分离塔(3A)设置有蒸汽出口和液体入口、液体出口，脱水塔(I)蒸汽出口通过第一分离装置与醇酯分离塔(3A)液体入口连接，所述酯化塔(2)分相器的水相出口也与醇酯分离塔(3A)液体入口连接； 所述醇酯分离塔(3A)的蒸汽出口连接第二分离装置； 所述乙醇浓缩塔(3B)设置有蒸汽出口、乙醇入口和废水出口，所述醇酯分离塔(3A)的液体出口通过管道与乙醇浓缩塔(3B)连接，所述乙醇浓缩塔(3B)的蒸汽出口通过管道与 第一再沸器(12)连接，所述第一再沸器(12)通过管道分别与乙醇浓缩塔(3B)的乙醇入口和酯化塔(2)连接，所述乙醇浓缩塔(3B)的废水出口与废水回收装置连接。
2.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述第一和第二分离装置分别包括通过管道依次连接的分凝器、冷却器、和分相器；所述分相器包括水相出口和酯相出口，分相器的水相出口连接醇酯分离塔(3A)的液体入口，分相器的酯相出口与脱水塔(I)连接；所述分凝器的数目为一个或一个以上，优选为二个。
3.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述废水回收装置包括通过管道依次连接的闪蒸罐(13)和第二再沸器(14)，所述第二再沸器(14)通过管道与脱水塔(I)蒸汽入口连接。
4.如权利要求I 3任一所述的系统，其特征在于，还包括预热器(15)，所述酯化塔(2)和脱水塔(I)之间通过管道连接预热器(15)，所述醇酯分离塔分相器(10)的酯相出口也与脱水塔(I)通过管道和预热器(15)连接。
5.一种使用权利要求I 4任一所述的精制乙酸乙酯的系统精制乙酸乙酯的方法，包括步骤酯化塔(2)产出的乙酸乙酯-乙醇-水的混合物经过分相，水相进入醇酯分离塔(3A)，酯相进入脱水塔(1)，脱水塔(I)塔顶的产出的蒸汽经第一分离装置分离后，分离出的酯相回流至脱水塔(I)，水相进入醇酯分离塔(3A)； 醇酯分离塔(3A)产生的蒸汽进入第二分离装置分离，分离出的水相进入醇酯分离塔(3A)，醇酯分离塔(3A)塔顶采出含1-3%乙醇的乙酸乙酯经过分离进入脱水塔(I)，醇酯分离塔(3A)底部排出的含乙醇的溶液进乙醇浓缩塔(3B)，乙醇浓缩塔(3B)塔顶馏出液部分回流，部分采出去酯化塔(2)继续参加酯化反应；同时，第二分离装置产生粗甲酯并排出系统外。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一分离装置分离出的酯相回流至脱水塔(I)，回流比为2-5 I。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述醇酯分离塔(3A)的塔釜温度为90-95度，所述乙醇浓缩塔(3B)塔顶馏出液的回流比为2-4 I。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述乙醇浓缩塔(3B)塔釜排出的废水经废 水回收装置产生二次蒸汽作为醇酯分离塔(3A)的热源。
9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述分离装置中，还加入水，加水的质量与被分离物料质量比为O. 5-2 I。
10.如权利要求5-9任一所述的方法，其特征在于，所述废水回收装置产生的废热水和乙醇浓缩塔(3B)塔顶蒸汽作为脱水塔(I)的加热热源。
全文摘要
本发明提供一种精制乙酸乙酯的系统，包括进行酯化反应的酯化塔(2)和通过管道连接酯化塔的脱水塔(1)，该系统还包括醇酯分离塔(3A)和乙醇浓缩塔(3B)上下一体共同构成的醇酯回收复合塔、第一和第二分离装置、废水回收装置、管道和第一再沸器。本发明将传统工艺中的废水回收塔设计为醇酯分离复合塔，将脱水塔与醇酯分离复合塔进行了热量的耦合，充分利用系统热源，降低了能耗；采用了分凝工艺，将乙酯中的低沸点杂质最大限度的分离，在提高了成品的质量的同时，相应降低了脱水塔的回流比，降低了能耗。
文档编号C07C67/08GK102718652SQ20121018651
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月7日 优先权日2012年6月7日
发明者代淑梅, 杨春辉 申请人:唐山市冀东溶剂有限公司