专利名称：合成异丙醇的连续反应精馏工艺及其精馏设备的制作方法
技术领域：
本发明属于酯交换法合成有机化合物的技术领域，具体涉及一种合成异丙醇的连续反应精馏工艺。
背景技术：
异丙醇(isopropyl alcohol,简称IPA)作为一种性能优良的有机溶剂、医药中间体，近年来得到了广泛应用。国内外生产异丙醇的主要方法是丙烯水合法，根据是否生成中间产品，它又可分为丙烯间接水合法和丙烯直接水合法两种方法。间接水合法又称硫酸酯化水解法，采用浓硫酸吸收丙烯，然后再水解成异丙醇，此法存在耗用硫酸量大，流程复杂、选择性较低、设备腐蚀严重、能耗高等缺点，使其发展受到限制，20世纪80年代后被逐渐淘汰。
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丙烯直接水合法是目前工业上生产异丙醇的主要方法，它是使丙烯在催化剂存在下直接发生水合反应生成异丙醇，同时副产正丙醇。丙烯直接水合法可分为气相直接水合法、液相直接水合法和气-液混相水合法3种。丙烯直接水合法中，三种工艺路线各有特点，气相丙烯直接水合法其选择性好，副产品少，无严重的腐蚀问题，缺点是丙烯的单程转化率低，需将大量丙烯进行循环；丙烯气-液混相直接水合法制异丙醇，除具有气相丙烯直接水合法的优点外，单程转化率可达70%，无需大量丙烯进行循环，其缺点是催化剂价格较贵，寿命稍短；液相丙烯直接水合法虽然转化率和选择性高，但反应条件苛刻，对原料纯度要求极闻。间歇式反应生产异丙醇工艺路线较长，且耗时耗力，同时多个反应釜间歇生产存在反应停留时间、温度以及原料配比各方面的差异，导致产物组成不稳定，加大了后续分离工序的难度。中国专利CN1962588A描述了以氢化丙酮为原料,米用气固多相负载型镍催化剂的催化技术合成异丙醇。在制备异丙醇过程中，采用Co金属助剂的镍基催化剂，提高丙酮加氢生产异丙醇的得率，同时此催化剂取代原铜基催化剂，避免催化剂容易冻结。上述方法采用固定床反应器连续操作，但是仍然存在一定缺点加氢反应的操作压力过高(I. (Tl. 5MPa)、温度高(10(Tl50°C )，同时催化剂昂贵，不易再生等。应用反应精馏连续生产异丙醇可以解决上述问题。反应精馏合成工艺将反应过程和精馏提纯过程有机耦合在一起，使反应物醋酸异丙酯和甲醇在进行反应的同时与反应产物异丙醇及醋酸甲酯分离，既提高反应物醋酸异丙酯和甲醇在反应区的浓度，又使产物异丙醇及醋酸甲酯及时离开反应区，从而抑制了逆反应的进行，因此反应精馏法可有效提高反应速率和原料转化率。
发明内容
本发明针对以上不足，提出了一种采用连续操作方式生产异丙醇的精馏设备，该设备生产能力强，生产效率高，适于异丙醇精馏的连续反应工艺。
本发明的技术方案在于一种合成异丙醇的连续反应精馏设备，其特征在于有反应精馏塔、甲酯精馏塔、刮板蒸发器、甲醇精馏塔及异丙醇精制塔构成。所述反应精馏塔的上半段设有醋酸异丙酯进料管及催化剂进料管，所述反应精馏塔的下半段设有甲醇进料管，所述反应精馏塔的塔顶通过冷凝器后分为两路，一路经反应精馏塔塔顶采出管甲酯精馏塔的进料端相连，另一路经反应精馏塔回流管连接至反应精馏塔的塔顶，所述反应精馏塔的塔釜采出分为两路，一路经反应精馏塔釜液采出管连接至刮板蒸发器的进料端，另一路经过再沸器回流至反应精馏塔的塔釜，所述甲酯精馏塔的塔顶通过冷凝器后分为两路，一路经甲酯精馏塔塔顶回流管连接至甲酯精馏塔的塔顶，另一路为甲酯精馏塔的塔顶采出管，所述甲酯精馏塔的塔釜采出分为两路，一路经过再沸器回流至甲酯精馏塔的塔釜，另一路经甲酯精馏塔塔釜采出管连接至反应精馏塔；所述刮板蒸发器通过顶部的蒸汽管与甲醇精馏塔的进料端相连，所述刮板蒸发器的底部还设有浓缩液排出管；所述甲醇精馏塔的塔顶通过冷凝器后分为两路，一路经甲醇精馏塔塔顶回流管连接至甲醇精馏塔的塔顶，另一路经甲醇精馏塔塔顶采出管与反应精馏塔的甲醇进料管相连，所述甲醇精馏塔的塔釜采出分为两路，一路经过再沸器回流至甲醇精馏塔的塔釜，另一路 经甲醇精馏塔塔釜采出管与异丙醇精制塔的进料端相连，所述异丙醇精制塔)的塔顶经冷凝器后分为两路，一路回流至异丙醇精制塔的塔顶，另一路为异丙醇精制塔塔顶采出管，所述异丙醇精制塔的塔釜采出分为两路，一路经过再沸器回流至异丙醇精制塔的塔釜，另一路为异丙醇精制塔塔釜采出管。 所述反应精馏塔自上而下包括精馏段、反应段及提馏段，其中，精馏段理论板数为1(T20，反应段理论板数为1(T30，提馏段理论板数为3 5。
所述甲酯精馏塔由精馏段与提馏段构成，其中精馏段理论板数为1(T15，提馏段理论板数为10 20。所述甲醇精馏塔由精馏段与提馏段构成，其中精馏段的理论板数为15 30，提馏段的理论板数为10 25。所述异丙醇精制塔由精馏段与提馏段构成，其中精馏段的理论板数为2(T40，提馏段的理论板数为10 15。本发明的另一目的在于提出一种采用连续操作方式生产异丙醇的反应精馏工艺，在催化剂存在条件下，可以实现酯交换法反应生产异丙醇的连续操作，从而克服间歇搅拌式工艺能量消耗大、生产周期长、设备生产能力低、效率低等缺点。本发明的另一技术方案在于按以下步骤进行
1)醋酸异丙酯和碱性催化剂混合后与甲醇分别从反应段的上部和下部进入反应精馏塔，醋酸异丙酯和甲醇在反应精馏塔反应段内接触传热传质，并在碱性催化剂作用下进行酯交换反应，反应后轻组分醋酸甲酯和甲醇经精馏段从塔顶蒸出后冷凝，一部分冷凝液回流至反应精馏塔，另一部分冷凝液泵送至甲酯精馏塔提浓至共沸组成，反应精馏塔塔釜产物为异丙醇、甲醇、碱性催化剂及少量的醋酸异丙酯，经塔釜采出泵输送进入刮板蒸发器；
2)反应精馏塔塔顶采出的醋酸甲酯与甲醇混合液由中部进入甲酯精馏塔，经传质分离后塔顶的醋酸甲酯与甲醇共沸物进入塔顶冷凝器冷凝，其中一部分回流至甲酯精馏塔顶部，另一部分采出，塔釜甲醇回收作为反应精馏塔的原料；
3)反应精馏塔釜液为甲醇、异丙醇、碱性催化剂及极少量的醋酸异丙酯，釜液采出后进入刮板蒸发器蒸发浓缩，蒸发产生的甲醇、异丙醇和极少量的醋酸异丙酯混合蒸汽由蒸发器顶部排出进入甲醇精馏塔中部；浓缩后的碱性催化剂浓缩液由刮板蒸发器底部排出回收套用；
4)刮板蒸发器蒸发产生的蒸汽进入甲醇精馏塔，轻组分甲醇在甲醇精馏塔塔顶经冷凝器冷凝，一部分回流至甲醇精馏塔塔顶，另一部分采出回收作为反应精馏塔原料，塔釜釜液异丙醇和少量的异丙酯由泵输送至异丙醇精制塔分离少量的异丙酯；
5)甲醇精馏塔塔釜采出的异丙醇及少量的异丙酯经泵加压后由中部进入异丙醇精制塔，塔顶高纯度的异丙醇蒸汽经冷凝器冷凝后，一部分回流至异丙醇精制塔塔顶，另一部分采出得到异丙醇产品，极少量的醋酸异丙酯和异丙醇混合液由塔釜采出。所述碱性催化剂为甲醇钠、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾等碱性催化剂中的一种。所述反应精馏塔自上而下包括精馏段、反应段及提馏段，其中，精馏段理论板数 为1(Γ20，反应段理论板数为1(Γ30，提馏段理论板数为3 5，所述反应精馏塔的操作绝压为O. 09、. llMPa，原料醋酸异丙酯和甲醇进料摩尔比为1:2. 2 1:4，醋酸异丙酯与催化剂进料质量比为1:0. Of 1:0. 08，醋酸异丙酯的进料空速为O. 2^0. 6 m3/(m3催化剂· h)，回流比控制为O. 5 3，塔顶温度控制在52 62°C，塔釜温度65 85°C。所述的反应精懼塔反应转化率在97%以上。所述的反应精馏塔塔顶采出液中醋酸甲酯质量分数为55% 75%，甲醇质量分数为25% 45%，塔釜采出液中异丙醇质量分数为60% 80%，甲醇含量为20% 40%。所述甲酯精馏塔由精馏段与提馏段构成，其中精馏段理论板数为1(Γ15，提馏段理论板数为10 20 ;操作绝压为O. 09^0. IlMPa,回流比控制为I 3。所述甲酯精馏塔塔顶得到质量分数75%以上的醋酸甲酯；塔釜采出液为质量分数99%以上的甲醇，回收作为反应精馏塔的原料。所述刮板蒸发器操作压力为常压，刮板蒸发器浓缩的碱性催化剂可回收重复使用。所述甲醇精馏塔由精馏段与提馏段构成，其中精馏段的理论板数为15 30，提馏段的理论板数为10 25 ;操作绝压为O. 09 0. IlMPa,回流比控制在I 4。所述甲醇精馏塔塔顶采出为甲醇，返回反应精馏塔作为原料；塔釜采出质量分数大于97%的异丙醇及少量醋酸异丙酯。所述异丙醇精制塔由精馏段与提馏段构成，其中精馏段的理论板数为2(Γ40，提馏段的理论板数为1(Γ15 ;操作绝压为O. 09、. IlMPa,回流比控制在f 3，所述异丙醇精制塔的塔顶采出液为质量分数大于99%的产品异丙醇。。本发明的优点在于以钾、钠的无机盐或有机盐为催化剂，采用连续反应精馏技术合成异丙醇，有效降低生产能耗、提高酯交换反应转化率，可实现大规模连续化生产；
具体为(1)醋酸异丙酯与甲醇的酯交换反应和反应物与产物的分离同时在反应精馏塔中进行，分离过程与反应过程相互促进，有效提高反应转化率和收率，充分利用反应热降低系统能耗；
(2)连续反应精馏工艺避免了间歇生产工艺蒸馏釜中碱性催化剂结块堵塞设备与管道，消耗大量甲醇清洗等问题，不仅方便设备操作，而且降低了物耗；
(3)采用连续反应精馏替代间歇反应精馏工艺，可以实现大规模的连续化生产，产品质量稳定;
(4)在连续反应精懼塔中，反应基本上只在反应段中进行，反应段中物料的停留时间远小于间歇反应工艺中物料在反应釜中的停留时间，所以连续反应精馏工艺中潜在副反应少，产品质量好。
图I为本发明的工艺流程图。图中标记为T101、反应精馏塔，Τ102、甲酯精馏塔，Τ103、甲醇精馏塔，Τ104、异丙醇精制塔，Ε101、刮板蒸发器；I、醋酸异丙酯进料管，2、催化剂进料管，3、甲醇进料管，4、反应精馏塔回流管，5、反应精馏塔塔顶采出管，6、反应精馏塔釜液采出管，7、甲酯精馏塔塔顶回流管，8、甲酯精馏塔塔釜采出管，9、浓缩液排出管，10、蒸汽管，11、甲醇精馏塔塔顶回流管，12、甲醇精馏塔塔顶采出管，13、甲醇精馏塔塔塔釜采出管，14、异丙醇精制塔塔顶采出管，15、异丙醇精制塔塔釜采出管。
具体实施例方式一种合成异丙醇的连续反应精馏设备，其特征在于有反应精馏塔Τ101、甲酯精馏塔Τ102、刮板蒸发器Ε101、甲醇精馏塔Τ103及异丙醇精制塔Τ104构成。所述反应精馏塔TlOl的上半段设有醋酸异丙酯进料管I及催化剂进料管2，所述反应精馏塔TlOl的下半段设有甲醇进料管3，所述反应精馏塔TlOl的塔顶通过冷凝器后分为两路，一路经反应精馏塔塔顶采出管5甲酯精馏塔Τ102的进料端相连，另一路经反应精馏塔回流管4连接至反应精馏塔TlOl的塔顶，所述反应精馏塔TlOl的塔釜采出为两路，一路经反应精馏塔釜液采出管6连接至刮板蒸发器ElOl的进料端，另一路经再沸器回流至反应精馏塔的塔釜，所述甲酯精馏塔Τ102的塔顶通过冷凝器后分为两路，一路经甲酯精馏塔塔顶回流管7连接至甲酯精馏塔Τ102的塔顶，另一路为甲酯精馏塔的塔顶采出管，所述甲酯精馏塔Τ102的塔釜采出分为两路，一路经再沸器回流至甲酯精馏塔Τ102的塔釜，另一路经甲酯精馏塔塔釜采出管8连接至反应精馏塔TlOl甲醇进料管3 ;所述刮板蒸发器ElOl通过顶部的蒸汽管10与甲醇精馏塔Τ103的进料端相连，所述刮板蒸发器ElOl的底部还设有浓缩液排出管9 ;所述甲醇精馏塔Τ103的塔顶通过冷凝器后分为两路，一路经甲醇精馏塔塔顶回流管11连接至甲醇精馏塔Τ103的塔顶，另一路经甲醇精馏塔塔顶采出管12与反应精馏塔TlOl相连，所述甲醇精馏塔Τ103的塔釜采出分为两路，一路经再沸器回流至甲醇精馏塔Τ103的塔釜，另一路经甲醇精馏塔塔釜采出管13与异丙醇精制塔Τ104的进料端相连，所述异丙醇精制塔Τ104的塔顶经冷凝器后分为两路，一路回流至异丙醇精制塔的塔顶，另一路为异丙醇精制塔塔顶采出管13，所述异丙醇精制塔Τ104的塔釜采出分为两路，一路经再沸器回流至异丙醇精制塔的塔釜，另一路为异丙醇精制塔塔釜采出管13。所述反应精馏塔TlOl自上而下包括精馏段、反应段及提馏段，其中，精馏段理论板数为1(Γ20，反应段理论板数为1(Γ30，提馏段理论板数为3 5。所述甲酯精馏塔Τ102由精馏段与提馏段构成，其中精馏段理论板数为1(Γ15，提馏段理论板数为1(Γ20。所述甲醇精馏塔Τ103由精馏段与提馏段构成，其中精馏段的理论板数为15 30，提馏段的理论板数为1(Γ25。所述异丙醇精制塔Τ104由精馏段与提馏段构成，其中精馏段的理论板数为20 40，提馏段的理论板数为10 15。一种采用上述设备进行的合成异丙醇的连续反应精馏工艺，其特征在于按以下步骤进行
1)醋酸异丙酯和碱性催化剂混合后与甲醇分别从反应段的上部和下部进入反应精馏塔TlOl，醋酸异丙酯和甲醇在反应精馏塔TlOl反应段内接触传热传质，并在碱性催化剂作用下进行酯交换反应，反应后轻组分醋酸甲酯和甲醇经精馏段TlOl从塔顶蒸出后冷凝，一部分冷凝液回流至反应精馏塔Τ101，另一部分冷凝液泵送至甲酯精馏塔Τ102提浓至共沸组成，反应精馏塔塔釜产物为异丙醇、甲醇、碱性催化剂及少量的醋酸异丙酯，经塔釜采出泵输送进入刮板蒸发器ElOl ；
2)反应精馏塔TlOl塔顶采出的醋酸甲酯与甲醇混合液由中部进入甲酯精馏塔Τ102， 经传质分离后塔顶的醋酸甲酯与甲醇共沸物进入塔顶冷凝器冷凝，其中一部分回流至甲酯精馏塔顶部，另一部分采出，塔釜甲醇回收作为反应精馏塔TlOl的原料；
3)反应精馏塔釜液为甲醇、异丙醇、碱性催化剂及极少量的醋酸异丙酯，釜液采出后进入刮板蒸发器ElOl蒸发浓缩，蒸发产生的甲醇、异丙醇和极少量的醋酸异丙酯混合蒸汽由蒸发器顶部排出进入甲醇精馏塔Τ103中部；浓缩后的碱性催化剂浓缩液由刮板蒸发器底部排出回收套用；
4)刮板蒸发器蒸发产生的蒸汽进入甲醇精馏塔Τ103，轻组分甲醇在甲醇精馏塔Τ103塔顶经冷凝器冷凝，一部分回流至甲醇精馏塔Τ103塔顶，另一部分采出回收作为反应精馏塔TlOl原料，塔釜釜液异丙醇和少量的异丙酯由泵输送至异丙醇精制塔Τ104分离少量的异丙酯；
5)甲醇精馏塔Τ103塔釜采出的异丙醇及少量的异丙酯经泵加压后由中部进入异丙醇精制塔，塔顶高纯度的异丙醇蒸汽经冷凝器冷凝后，一部分回流至异丙醇精制塔塔顶，另一部分采出得到异丙醇产品，极少量的醋酸异丙酯和异丙醇混合液由塔釜采出。所述碱性催化剂为甲醇钠、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾中的一种。所述反应精馏塔自上而下包括精馏段、反应段及提馏段，其中，精馏段理论板数为1(Γ20，反应段理论板数为1(Γ30，提馏段理论板数为3 5，所述反应精馏塔的操作绝压为O. 09、. llMPa，原料醋酸异丙酯和甲醇进料摩尔比为1:2. 2 1:4，醋酸异丙酯与催化剂进料质量比为1:0. Of 1:0. 08，醋酸异丙酯的进料空速为O. 2^0. 6 m3/(m3催化剂· h)，回流比控制为O. 5 3，塔顶温度控制在52 62°C，塔釜温度65 85°C。所述的反应精懼塔反应转化率在97%以上。所述的反应精馏塔塔顶采出液中醋酸甲酯质量分数为55% 75%，甲醇质量分数为25% 45%，塔釜采出液中异丙醇质量分数为60% 80%，甲醇含量为20% 40%。所述甲酯精馏塔由精馏段与提馏段构成，其中精馏段理论板数为1(Γ15，提馏段理论板数为10 20 ;操作绝压为O. 09^0. IlMPa,回流比控制为I 3。所述甲酯精馏塔塔顶得到质量分数75%以上的醋酸甲酯；塔釜采出液为质量分数99%以上的甲醇，回收作为反应精馏塔的原料。所述刮板蒸发器操作压力为常压，刮板蒸发器浓缩的碱性催化剂可回收重复使用。所述甲醇精馏塔由精馏段与提馏段构成，其中精馏段的理论板数为15 30，提馏段的理论板数为10 25 ;操作绝压为O. 09 0. IlMPa,回流比控制在I 4。所述甲醇精馏塔塔顶采出为甲醇，返回反应精馏塔作为原料；塔釜采出质量分数大于97%的异丙醇及少量醋酸异丙酯。所述异丙醇精制塔由精馏段与提馏段构成，其中精馏段的理论板数为2(Γ40，提馏段的理论板数为1(Γ15 ;操作绝压为O. 09、. IlMPa,回流比控制在f 3，所述异丙醇精制塔的塔顶采出液为质量分数大于99%的产品异丙醇。以下通过具体的实施例对本发明作更详细说明或描述，而不是对本发明进行限制。采用附图I所示的工艺流程，反应精馏塔塔身材料为SUS304，精馏段、提馏段、反 应段分别填充CY700填料，其中精馏段理论板数为12，反应段的理论板数为20，提馏段的理论板数为4 ;甲酯精馏塔塔身材料为SUS304，塔内填充CY700填料，精馏段为12块，提馏段为16块。甲醇精馏塔塔身材料为SUS304，塔内填充CY700填料，精馏段为24块，提馏段为18块；异丙醇精制塔塔身材料为SUS304，塔内填充CY700填料，精馏段为25块，提馏段为15块。反应精馏塔的操作条件为操作绝压为latm，异丙酯进料空速为O. 6 m3/ Cm3填料*h)，操作回流比为1，以甲醇钠为催化剂，用甲醇溶解配制质量浓度为30%的催化剂溶液和醋酸异丙酯混合经计量泵从反应段上部进入反应精馏塔TlOl ;原料甲醇经计量泵输送由进料管3进入反应精馏塔TlOl反应段的下部。醋酸异丙酯、甲醇和30%甲醇钠溶液的进料质量比为1:0.49:0.015。原料醋酸异丙酯与甲醇在反应精馏塔TlOl中部的反应段内逆流接触传质，同时进行酯交换反应；塔顶温度56°C，塔釜温度75°C。反应精馏塔中醋酸异丙酯的转化率为97. 9%，反应后醋酸甲酯和甲醇的混合物经精馏段提浓后由反应精馏塔塔顶蒸汽管道排出，经塔顶冷凝器冷凝后一部分从回流管4回流反应精馏塔顶部，另一部分由塔顶采出管道5进入甲酯精馏塔T102 ;反应得到含有异丙醇和未反应甲醇、少量醋酸异丙酯以及催化剂的混合液从反应精馏塔塔釜采出管6进入蒸发器E101。甲酯精馏塔操作条件为常压，回流比为2，塔顶温度53. 7°C，塔底温度64. 9°C。甲醇精馏塔操作条件为常压，回流比为2，塔顶温度64. 3°C，塔底温度83. 1°C。异丙醇精制塔操作条件为常压，回流比为2，塔顶温度82. 4°C，塔底温度84°C。从反应精馏塔塔顶排出的醋酸甲酯和甲醇蒸汽经冷凝器冷凝，冷凝的物料一部分回流塔顶，另一部分采出为馏出液，其醋酸甲酯、甲醇的质量分数分别为69. 7%,30. 2%;从反应精馏塔塔釜采出的异丙醇混合液中异丙醇、甲醇、醋酸异丙酯质量分数分别为70. 5%、
30.4%、0· 09%ο来自反应精馏塔塔顶的醋酸甲酯和甲醇混合液进入甲酯精馏塔，甲酯精馏塔中醋酸甲酯和甲醇混合蒸汽经精馏段顶部流至蒸汽经冷凝器冷凝，冷凝的物料一部分回流塔顶，一部分采出产品；塔顶产品醋酸甲酯质量分数82. 1%，甲醇质量分数17. 9% ;从甲酯精馏塔塔釜采出的甲醇质量分数为99. 5%，返回反应精馏塔作为原料。反应精馏塔塔釜采出的异丙醇、甲醇、少量醋酸异丙酯和碱性催化剂进入刮板蒸发器，刮板蒸发器顶部得到异丙醇、甲醇和醋酸异丙酯混合蒸汽进入甲醇精馏塔，碱性催化剂的浓缩液进一步处理后回收套用。来自刮板蒸发器的异丙醇、甲醇和少量醋酸异丙酯混合蒸汽进入甲醇精馏塔，甲醇精馏塔塔顶的甲醇蒸汽经冷凝器冷凝，冷凝液一部分回流至塔顶，另一部分采出，采出的塔顶馏出液中甲醇质量分数为98. 5%，返回反应精馏塔作为原料；甲醇精馏塔塔釜采出的混合液为异丙醇和高沸点杂质进入异丙醇精制塔，经异丙醇精制塔精制后的异丙醇由塔顶采出，其质量分数为99. 2%。实施例2
采用附图I所示的工艺流程，反应精馏塔塔身材料为SUS304，精馏段、提馏段、反应段分别填充CY700填料，其中精馏段理论板数为12，反应段的理论板数为25，提馏段的理论板数为5 ；甲酯精馏塔塔身材料为SUS304，塔内填充CY700填料，精馏段为12块，提馏段为16块。甲醇精馏塔塔身材料为SUS304，塔内填充CY700填料，精馏段为24块，提馏段为18块；异丙醇精制塔塔身材料为SUS304，塔内填充CY700填料，精馏段为25块，提馏段为15块。
反应精馏塔的操作条件为操作绝压为latm，异丙酯进料空速为O. 5 m3/ Cm3填料*h)，操作回流比为2，以甲醇钠为催化剂，用甲醇溶解配制质量浓度为30%的催化剂溶液和醋酸异丙酯混合经计量泵从反应段上部进入反应精馏塔TlOl ;原料甲醇经计量泵输送由进料管3进入反应精馏塔TlOl反应段的下部，醋酸异丙酯、甲醇和30%甲醇钠溶液的进料质量比为1:0.49:0.016。原料醋酸异丙酯与甲醇在反应精馏塔TlOl中部的反应段内逆流接触传质，同时进行酯交换反应；塔顶温度55°C，塔釜温度76°C。反应精馏塔中醋酸异丙酯的转化率为98. 9%，反应后醋酸甲酯和甲醇的混合物经精馏段提浓后由反应精馏塔塔顶蒸汽管道排出，经塔顶冷凝器冷凝后一部分从回流管4回流反应精馏塔顶部，另一部分由塔顶采出管道5进入甲酯精馏塔T102 ;反应得到含有异丙醇和未反应甲醇、少量醋酸异丙酯以及催化剂的混合液从反应精馏塔塔釜采出管6进入刮板蒸发器E101。甲酯精馏塔操作条件为常压，回流比为1，塔顶温度53. 7°C，塔底温度64. 9°C。甲醇精馏塔操作条件为常压，回流比为2，塔顶温度64. 2°C，塔底温度83. (TC。异丙醇精制塔操作条件为常压，回流比为2，塔顶温度82. 2°C，塔底温度84. 2°C。从反应精馏塔塔顶排出的醋酸甲酯和甲醇蒸汽经冷凝器冷凝，冷凝的物料一部分回流塔顶，另一部分采出为馏出液，其醋酸甲酯、甲醇的质量分数分别为70. 6%,29. 3%;从反应精馏塔塔釜采出的异丙醇混合液中异丙醇、甲醇、醋酸异丙酯质量分数分别为68. 1%、
31.8%、0· 06%ο来自反应精馏塔塔顶的醋酸甲酯和甲醇混合液进入甲酯精馏塔，甲酯精馏塔中醋酸甲酯和甲醇混合蒸汽经精馏段顶部流至蒸汽经冷凝器冷凝，冷凝的物料一部分回流塔顶，一部分采出产品；塔顶产品醋酸甲酯质量分数82. 2%，甲醇质量分数17. 8% ;从甲酯精馏塔塔釜采出的甲醇质量分数为99. 2%，返回反应精馏塔作为原料。反应精馏塔塔釜采出的异丙醇、甲醇、少量醋酸异丙酯和碱性催化剂进入刮板蒸发器，刮板蒸发器顶部得到异丙醇、甲醇和醋酸异丙酯混合蒸汽进入甲醇精馏塔，碱性催化剂的浓缩液进一步处理后回收套用。来自刮板蒸发器的异丙醇、甲醇和少量醋酸异丙酯混合蒸汽进入甲醇精馏塔，甲醇精馏塔塔顶的甲醇蒸汽经冷凝器冷凝，冷凝液一部分回流至塔顶，另一部分采出，采出的塔顶馏出液中甲醇质量分数为98. 8%，返回反应精馏塔作为原料；甲醇精馏塔塔釜采出的混合液为异丙醇和高沸点杂质进入异丙醇精制塔，经异丙醇精制塔精制后的异丙醇由塔顶采出，其质量分数为99. 4%。实施例3
采用附图I所示的工艺流程，反应精馏塔塔身材料为SUS304，精馏段、提馏段、反应段分别填充CY700填料，其中精馏段理论板数为14，反应段的理论板数为28，提馏段的理论板数为5 ；甲酯精馏塔塔身材料为SUS304，塔内填充CY700填料，精馏段为14块，提馏段为15块。甲醇精馏塔塔身材料为SUS304，塔内填充CY700填料，精馏段为22块，提馏段为20块；异丙醇精制塔塔身材料为SUS304，塔内填充CY700填料，精馏段为22块，提馏段为16块。反应精馏塔的操作条件为操作绝压为latm，异丙酯进料空速为O. 5 m3/ Cm3填料· h)，操作回流比为2. 5。以甲醇钠为催化剂，用甲醇溶解配制质量浓度为30%的催化剂溶液和醋酸异丙酯混合经计量泵从反应段上部进入反应精馏塔TlOl ;原料甲醇经计量泵输送由进料管3进入反应精馏塔TlOl反应段的下部。醋酸异丙酯、甲醇和30%甲醇钠溶液 的进料质量比为1:0.51:0.015。原料醋酸异丙酯与甲醇在反应精馏塔TlOl中部的反应段内逆流接触传质，同时进行酯交换反应；塔顶温度54°C，塔釜温度75°C。反应精馏塔中醋酸异丙酯的转化率为99. 4%，反应后醋酸甲酯和甲醇的混合物经精馏段提浓后由反应精馏塔塔顶蒸汽管道排出，经塔顶冷凝器冷凝后一部分从回流管4回流反应精馏塔顶部，另一部分由塔顶采出管道5进入甲酯精馏塔T102 ;反应得到含有异丙醇和未反应甲醇、少量醋酸异丙酯以及催化剂的混合液从反应精馏塔塔釜采出管6进入刮板蒸发器E101。甲酯精馏塔操作条件为常压，回流比为1，塔顶温度53. 8°C，塔底温度64. 8°C。甲醇精馏塔操作条件为常压，回流比为2，塔顶温度64. 1°C，塔底温度82. 9°C。异丙醇精制塔操作条件为常压，回流比为2，塔顶温度82. (TC，塔底温度85. 1°C。从反应精馏塔塔顶排出的醋酸甲酯和甲醇蒸汽经冷凝器冷凝，冷凝的物料一部分回流塔顶，另一部分采出为馏出液，其醋酸甲酯、甲醇的质量分数分别为72. 5%,27. 4%;从反应精馏塔塔釜采出的异丙醇混合液中异丙醇、甲醇、醋酸异丙酯质量分数分别为67. 4%、
32.5%、0· 02%。来自反应精馏塔塔顶的醋酸甲酯和甲醇混合液进入甲酯精馏塔，甲酯精馏塔中醋酸甲酯和甲醇混合蒸汽经精馏段顶部流至蒸汽经冷凝器冷凝，冷凝的物料一部分回流塔顶，一部分采出产品；塔顶产品醋酸甲酯质量分数81. 9%，甲醇质量分数18. 0% ;从甲酯精馏塔塔釜采出的甲醇质量分数为99. 6%，返回反应精馏塔作为原料。反应精馏塔塔釜采出的异丙醇、甲醇、少量醋酸异丙酯和碱性催化剂进入刮板蒸发器，刮板蒸发器顶部得到异丙醇、甲醇和醋酸异丙酯混合蒸汽进入甲醇精馏塔，碱性催化剂的浓缩液进一步处理后回收套用。来自刮板蒸发器的异丙醇、甲醇和少量醋酸异丙酯混合蒸汽进入甲醇精馏塔，甲醇精馏塔塔顶的甲醇蒸汽经冷凝器冷凝，冷凝液一部分回流至塔顶，另一部分采出，采出的塔顶馏出液中甲醇质量分数为99. 1%，返回反应精馏塔作为原料；甲醇精馏塔塔釜采出的混合液为异丙醇和高沸点杂质进入异丙醇精制塔，经异丙醇精制塔精制后的异丙醇由塔顶采出，其质量分数为99. 5%。实施例4
采用附图I所示的工艺流程，反应精馏塔塔身材料为SUS304，精馏段、提馏段、反应段分别填充CY700填料，其中精馏段理论板数为14，反应段的理论板数为28，提馏段的理论板数为5 ；甲酯精馏塔塔身材料为SUS304，塔内填充CY700填料，精馏段为14块，提馏段为15块。甲醇精馏塔塔身材料为SUS304，塔内填充CY700填料，精馏段为22块，提馏段为20块；异丙醇精制塔塔身材料为SUS304，塔内填充CY700填料，精馏段为22块，提馏段为16块。反应精馏塔的操作条件为操作绝压为latm，异丙酯进料空速为O. 45 m3/ Cm3填料· h)，操作回流比为4。以甲醇钠为催化剂，用甲醇溶解配制质量浓度为30%的催化剂溶液和醋酸异丙酯混合经计量泵从反应段上部进入反应精馏塔TlOl ;原料甲醇经计量泵输送由进料管3进入反应精馏塔TlOl反应段的下部。醋酸异丙酯、甲醇和30%甲醇钠溶液的进料质量比为1:0.8:0.05。原料醋酸异丙酯与甲醇在反应精馏塔TlOl中部的反应段内逆流接触传质，同时进行酯交换反应；塔顶温度54°C，塔釜温度73°C。反应精馏塔中醋酸异丙酯的转化率为99. 9%，反应后醋酸甲酯和甲醇的混合物经精馏段提浓后由反应精馏塔塔顶蒸汽管道排出，经塔顶冷凝器冷凝后一部分从回流管4回流反应精馏塔顶部，另一部分由
塔顶采出管道5进入甲酯精馏塔T102 ;反应得到含有异丙醇和未反应甲醇、少量醋酸异丙酯以及催化剂的混合液从反应精馏塔塔釜采出管6进入刮板蒸发器E101。甲酯精馏塔操作条件为常压，回流比为2，塔顶温度53. 2°C，塔底温度64. 5°C。甲醇精馏塔操作条件为常压，回流比为2，塔顶温度64. 2°C，塔底温度82. 6°C。异丙醇精制塔操作条件为常压，回流比为2，塔顶温度82. I °C，塔底温度85. (TC。从反应精馏塔塔顶排出的醋酸甲酯和甲醇蒸汽经冷凝器冷凝，冷凝的物料一部分回流塔顶，另一部分采出为馏出液，其醋酸甲酯、甲醇的质量分数分别为74. 1%、25. 8%;从反应精馏塔塔釜采出的异丙醇混合液中异丙醇、甲醇、醋酸异丙酯质量分数分别为65. 2%、34. 7%、0· 01%。来自反应精馏塔塔顶的醋酸甲酯和甲醇混合液进入甲酯精馏塔，甲酯精馏塔中醋酸甲酯和甲醇混合蒸汽经精馏段顶部流至蒸汽经冷凝器冷凝，冷凝的物料一部分回流塔顶，一部分采出产品；塔顶产品醋酸甲酯质量分数82. 0%，甲醇质量分数17. 9% ;从甲酯精馏塔塔釜采出的甲醇质量分数为99. 5%，返回反应精馏塔作为原料。反应精馏塔塔釜采出的异丙醇、甲醇、少量醋酸异丙酯和碱性催化剂进入刮板蒸发器，刮板蒸发器顶部得到异丙醇、甲醇和醋酸异丙酯混合蒸汽进入甲醇精馏塔，碱性催化剂的浓缩液进一步处理后回收套用。来自刮板蒸发器的异丙醇、甲醇和少量醋酸异丙酯混合蒸汽进入甲醇精馏塔，甲醇精馏塔塔顶的甲醇蒸汽经冷凝器冷凝，冷凝液一部分回流至塔顶，另一部分采出，采出的塔顶馏出液中甲醇质量分数为99. 3%，返回反应精馏塔作为原料；甲醇精馏塔塔釜采出的混合液为异丙醇和高沸点杂质进入异丙醇精制塔，经异丙醇精制塔精制后的异丙醇由塔顶采出，其质量分数为99. 6%。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种合成异丙醇的连续反应精馏设备，其特征在于有反应精馏塔(T101)、甲酯精馏塔(T102)、刮板蒸发器(E101)、甲醇精馏塔(T103)及异丙醇精制塔(T104)构成。
2.根据权利要求I所述的合成异丙醇的连续反应精馏设备，其特征在于所述反应精馏塔(TlOl)的上半段设有醋酸异丙酯进料管(I)及催化剂进料管(2)，所述反应精馏塔(TlOl)的下半段设有甲醇进料管(3)，所述反应精馏塔(TlOl)的塔顶通过冷凝器后分为两路，一路经反应精馏塔塔顶采出管(5)与甲酯精馏塔(T102)的进料端相连，另一路经反应精馏塔回流管(4)连接至反应精馏塔(TlOl)的塔顶，所述反应精馏塔(TlOl)的塔釜采出分为两路，一路经反应精馏塔釜液采出管(6)连接至刮板蒸发器(ElOl)的进料端，另一路经过再沸器回流至反应精馏塔的塔釜，所述甲酯精馏塔(T102)的塔顶通过冷凝器后分为两路，一路经甲酯精馏塔塔顶回流管(7)连接至甲酯精馏塔(T102)的塔顶，另一路为甲酯精馏塔的塔顶采出管，所述甲酯精馏塔(T102)的塔釜采出分为两路，一路经过再沸器回流至甲酯精馏塔(T102)的塔釜，另一路经甲酯精馏塔塔釜采出管(8)连接至反应精馏塔(T101);所述刮板蒸发器(ElOl)通过顶部的蒸汽管(10)与甲醇精馏塔(T103)的进料端相连，所述刮板蒸发器(ElOl)的底部还设有浓缩液排出管(9);所述甲醇精馏塔(T103)的塔顶通过冷凝器后分为两路，一路经甲醇精馏塔塔顶回流管(11)连接至甲醇精馏塔(T103)的塔顶，另一路经甲醇精馏塔塔顶采出管(12)与反应精馏塔(TlOl)的甲醇进料管(3)相连，所述甲醇精馏塔(T103)的塔釜采出分为两路，一路经过再沸器回流至甲醇精馏塔(T103)的塔釜，另一路经甲醇精馏塔塔釜采出管(13)与异丙醇精制塔(T104)的进料端相连，所述异丙醇精制塔(T104)的塔顶经冷凝器后分为两路，一路回流至异丙醇精制塔的塔顶，另一路为异丙醇精制塔塔顶采出管(13)，所述异丙醇精制塔(T104)的塔釜采出分为两路，一路经过再沸器回流至异丙醇精制塔的塔釜，另一路为异丙醇精制塔塔釜采出管(13)。
3.一种采用如权利要求I所述的设备进行的合成异丙醇的连续反应精馏工艺，其特征在于按以下步骤进行 1)醋酸异丙酯和碱性催化剂混合后与甲醇分别从反应段的上部和下部进入反应精馏塔(T101)，醋酸异丙酯和甲醇在反应精馏塔(TlOl)反应段内接触传热传质，并在碱性催化剂作用下进行酯交换反应，反应后生成的轻组分醋酸甲酯和原料甲醇经精馏段(TlOl)从塔顶蒸出后冷凝，一部分冷凝液回流至反应精馏塔(T101)，另一部分冷凝液泵送至甲酯精馏塔(T102)提浓至共沸组成，反应精馏塔塔釜产物为异丙醇、甲醇、碱性催化剂及少量的醋酸异丙酯，经塔釜采出泵输送进入刮板蒸发器(ElOl)； 2)反应精馏塔(TlOl)塔顶采出的醋酸甲酯与甲醇混合液由中部进入甲酯精馏塔(T102)，经传质分离后塔顶的醋酸甲酯与甲醇共沸物进入塔顶冷凝器冷凝，其中一部分回流至甲酯精馏塔顶部，另一部分采出，塔釜甲醇回收作为反应精馏塔(TlOl)的原料； 3)反应精馏塔(TlOl)釜液为甲醇、异丙醇、碱性催化剂及极少量的醋酸异丙酯，釜液采出后进入刮板蒸发器(ElOl)蒸发浓缩，蒸发产生的甲醇、异丙醇和极少量的醋酸异丙酯混合蒸汽由蒸发器顶部排出进入甲醇精馏塔(T103)中部；浓缩后的碱性催化剂浓缩液由刮板蒸发器底部排出回收套用； 4)刮板蒸发器(ElOl)蒸发产生的蒸汽进入甲醇精馏塔(T103)，轻组分甲醇在甲醇精馏塔(T103)塔顶经冷凝器冷凝，一部分回流至甲醇精馏塔(T103)塔顶，另一部分采出回收 作为反应精馏塔(TlOl)原料，塔釜釜液异丙醇和少量的异丙酯由泵输送至异丙醇精制塔(T104)分离少量的异丙酯； 5)甲醇精馏塔(T103)塔釜采出的异丙醇及少量的异丙酯经泵加压后由中部进入异丙醇精制塔，塔顶高纯度的异丙醇蒸汽经冷凝器冷凝后，一部分回流至异丙醇精制塔塔顶，另一部分采出得到异丙醇产品，极少量的醋酸异丙酯和异丙醇混合液由塔釜采出。
4.根据权利要求3所述的合成异丙醇的连续反应精馏工艺，其特征在于所述碱性催化剂为甲醇钠、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾中的一种。
5.根据权利要求3所述的合成异丙醇的连续反应精馏工艺，其特征在于所述反应精馏塔自上而下包括精馏段、反应段及提馏段，其中，精馏段理论板数为10 20，反应段理论板数为10 30，提馏段理论板数为3 5，所述反应精馏塔的操作绝压为0. 09、. IlMPa,原料醋酸异丙酯和甲醇进料摩尔比为1:2. 2 1:4，醋酸异丙酯与催化剂进料质量比为1:0. Of 1:0. 08，醋酸异丙酯的进料空速为0.2 0. 6 m3/(m3催化剂*h)，回流比控制为 0.5 3，塔顶温度控制在52飞2°C，塔釜温度65 85°C ;所述的反应精馏塔反应转化率在97%以上，反应精馏塔塔顶采出液中醋酸甲酯质量分数为55% 75%,甲醇质量分数为259^45%，塔釜采出液中异丙醇质量分数为60% 80%，甲醇含量为20% 40%。
6.根据权利要求3所述的合成异丙醇的连续反应精馏工艺，其特征在于所述甲酯精馏塔由精馏段与提馏段构成，其中精馏段理论板数为1(T15，提馏段理论板数为1(T20 ;操作绝压为0. 09、. llMPa，回流比控制为广3 ;所述甲酯精馏塔塔顶得到质量分数75%以上的醋酸甲酯；塔釜采出液为质量分数99%以上的甲醇，回收作为反应精馏塔的原料。
7.根据权利要求3所述的合成异丙醇的连续反应精馏工艺，其特征在于所述刮板蒸发器操作压力为常压，刮板蒸发器浓缩的碱性催化剂可回收重复使用。
8.根据权利要求3所述的合成异丙醇的连续反应精馏工艺，其特征在于所述甲醇精馏塔由精馏段与提馏段构成，其中精馏段的理论板数为15 30，提馏段的理论板数为10^25 ;操作绝压为0. 09、. IlMPa,回流比控制在1 4 ;所述甲醇精馏塔塔顶采出为甲醇，返回反应精馏塔作为原料；塔釜采出质量分数大于97%的异丙醇及少量醋酸异丙酯。
9.根据权利要求3所述的合成异丙醇的连续反应精馏工艺，其特征在于所述异丙醇精制塔由精馏段与提馏段构成，其中精馏段的理论板数为2(T40，提馏段的理论板数为1(T15 ;操作绝压为0. 09、. IlMPa,回流比控制在f 3 ;所述异丙醇精制塔的塔顶采出液为质量分数大于99%的产品异丙醇。
全文摘要
本发明是一种以醋酸异丙酯和甲醇为原料，在甲醇钠等碱性催化剂存在下，酯交换法合成异丙醇的连续反应精馏工艺。本发明采用反应精馏技术将醋酸异丙酯和甲醇直接从反应精馏塔反应段的上部与下部分别进料进行反应和分离，实现生产连续化；反应精馏塔塔顶及塔釜产物经过甲酯精馏塔、甲醇精馏塔、蒸发器、异丙醇精制塔分离提纯得到产品异丙醇，同时回收未反应原料及催化剂，本发明所述的合成异丙醇连续反应精馏工艺具有可连续操作、能耗低、反应转化率高、产品异丙醇纯度高、质量稳定等特点。
文档编号C07C31/10GK102755759SQ20121026130
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月27日 优先权日2012年7月27日
发明者况晨辉, 叶长燊, 李玲, 王红星, 肖丽, 邱挺, 黄智贤 申请人:福州大学