一种精馏制备乙酸异丁酯的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于化学反应工程领域，涉及乙酯异丁酯的生产方法，具体地说，涉及一种乙酸甲酯与异丁醇反应精馏制乙酸异丁酯的方法。
【背景技术】
[0002]乙酸异丁酯是一种优良的有机溶剂，主要用于制药、制革、香料、涂料和树脂工业中。它与乙酸正丁酯的性能相似、具有较强的溶解能力，良好的溶剂配伍性、适宜的蒸发速度等特点，因此，可替代目前市场上货紧价高的乙酸正丁酯。
[0003]合成乙酸异丁酯的传统方法是在浓硫酸的催化作用下，由乙酸与异丁醇酯化而得。浓硫酸作为催化剂存在设备腐蚀严重、副产品较多、后处理麻烦等到缺点；近年来，也有一些利用非无机酯催化酯化的研宄报道，如陈平等(《应用化工》2004，33 (2):4 一 6)以硅胶负载四氯化锡为催化剂采用乙酸与异丁醇酯化反应生成乙酸异丁酯，其催化活性好，最终转化率为93.8% ;CN183718.3公开的是采用改性强酸性苯乙烯第阳离子交换树脂为催化剂以乙酸与异丁醇为原料反应生成乙酸异丁酯，该专利采用反应一精馏耦合，收率达95%，CN102557932B采用复合催化剂，以乙酸与异丁醇为原料，采用一釜一塔的连续化操作方式反应生成乙酸异丁酯，最终收率可达99%以上。
[0004]在聚乙烯醇生产工艺中，作为副产物的乙酸甲酯产量非常大，每生产一吨聚乙烯醇约产生1.68吨的乙酸甲酯，乙酸甲酯利用价值不高，因此需要将其转化成更有价值的酸或酯；乙酸甲酯水解能耗较高，限制了其应用，相对而言，乙酸甲酯酯交换反应可以得到应用价值更高的酯类，即由异丁醇与乙酸甲醋通过醋交换法来制备乙酸异丁酯；醋交换法的意义在于它利用了维尼纶生产当中的副产品乙酸甲醋作为原料，直接生产出乙酸异丁醋，目前大多数的维尼纶生产厂家采用水解法来回收乙酸甲酯，若改用与异丁醇酯交换法回收醋酸甲酯，在生产节能与经济效益上有明显的优势；袁光等(《北京石油化工学院学报》1997，5 (1):34 - 38)采用硫酸做催化剂，以异丁醇和乙酸甲酯进行酯交换反应，生成乙酯异丁酯，反应产率可达90%。由于反应采用间歇反应，导致反应时间长，且以浓硫酸作为催化剂存在设备腐蚀严重、副产品较多、后处理麻烦等到缺点。
【发明内容】
[0005]本发明针对上述技术存在的不足，提出一种以乙酸甲酯与异丁醇为原料，酯交换法合成乙酸异丁酯的反应精馏工艺。
[0006]一种精馏制备乙酸异丁酯的方法，是以乙酸甲酯与异丁醇为原料，酯交换法合成乙酸异丁酯，其特征在于:采用反应精馏塔和乙酸甲酯回收塔在常压下制备乙酸异丁酯和回收原料乙酸甲酯，高沸点的反应物异丁醇从反应精馏塔中部的反应段上部进料，低沸点的乙酸甲酯和甲醇的混合物从反应段下部进料，保证了反应段下部的液相中乙酸甲酯维持在较高浓度，反应段上部的液相中异丁醇的浓度较高，从而使整个反应段塔板上两种反应物都维持在相对较高的浓度，且同时产物甲醇与乙酸甲酯形成最低共沸物从塔顶脱除，更高沸点的产物乙酸异丁酯通过提馏段从塔釜脱除，能使反应平衡能更快的向右移动，向有利于生成产物的方向进行。
[0007]由于异丁醇与乙酸甲酯进行酯交换反应生成乙酸异丁酯和甲醇的反应为可逆反应，为打破反应平衡，使反应向有利于生成产物的方向进行，就必须把产物移出；故本发明的特征在于，所述的酯交换法合成乙酸异丁酯的反应精馏工艺包括反应精馏塔和乙酸甲酯回收塔，其中反应精馏塔由精馏段，反应段及提馏段组成，乙酸甲酯回收塔由精馏段和提馏段组成；原料异丁醇和乙酸甲酯及从乙酸甲酯回收塔塔顶得到的乙酸甲酯和甲醇的共沸物分别从反应精馏塔的反应段的上部及下部进料，在反应段进行酯交换反应，同时生成的甲醇与部分乙酸甲酯一起从反应段分离出来，经精馏段从塔顶采出，反应段生成的重组分为乙酸异丁酯经提馏段进一步分离后，从塔釜采出。
[0008]从反应精馏塔塔顶采出的乙酸甲酯及甲醇混合物进入乙酸甲酯回收塔，在乙酸甲酯回收塔内，乙酸甲酯和甲醇形成的共沸物从塔顶蒸出，与原料乙酸甲酯混合，进入反应精馏塔，乙酸甲酯回收塔塔釜得到纯甲醇。
[0009]高沸点的反应物异丁醇从反应段上部进料，低沸点的乙酸甲酯和甲醇的混合物从反应段下部进料，这样保证了反应段下部的液相中乙酸甲酯维持在较高浓度，反应段上部的液相中异丁醇的浓度较高，从而使整个反应段塔板上两种反应物都维持在相对较高的浓度，且同时产物甲醇与乙酸甲酯形成最低共沸物从塔顶脱除，更高沸点的产物乙酸异丁酯通过提馏段从塔釜脱除，这样能使反应平衡能更快的向右移动。
[0010]在本发明中使用的反应精馏塔塔板数为35 - 60块，其中反应段20 — 40块，精馏段板数为5 — 10块，提馏段板数为5 — 10块，在反应段装填一定高度的阳离子交换树脂作为催化剂，反应段板数优选30 — 40块。
[0011]乙酸甲酯回收塔塔板数为15 - 40块，其中精馏段10 - 30块，提馏段板数10 —15块，两塔采用常压操作。
[0012]原料异丁醇从反应精馏塔反应段上部进入塔内，原料乙酸甲酯与从乙酸甲酯回收塔塔顶得到的乙酸甲酯和甲醇的共沸物从反应精馏塔反应段下部进入塔内，为保持乙酸异丁酯有较高的转化率和选择性，进料中的乙酸甲酯和异丁醇的总摩尔比为1:1 一 3:1 ;在反应精馏塔内，过量的乙酸甲酯与甲醇的混合蒸汽从精馏塔顶蒸出，经塔顶冷凝器冷凝冷却后，一部分回流回反应精馏塔，另一部分进入乙酸甲酯回收塔。反应精馏塔塔釜得到摩尔分数大于99.5%的乙酸异丁酯；收率达99%以上。
[0013]在乙酸甲酯回收塔内，乙酸甲酯和甲醇形成的共沸物从塔顶蒸出，经塔顶冷凝器冷凝冷却后，一部分回流回乙酸甲酯回收塔内，另一部分与原料乙酸甲酯混合，进入反应精馏塔，乙酸甲酯回收塔塔釜得到摩尔分数大于99.3%的甲醇。
[0014]本发明的优点是以阳离子交换树脂为催化剂，利用维尼纶生产当中的副产品乙酸甲酯，采用反应精馏技术可连续化生成乙酸异丁酯，简化了工艺流程，提高反应的收率，且反应条件温和，收率高，无腐蚀，无环境污染。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的流程图。
[0016]图中标号如下:Cl 一反应精馏塔，C2 —乙酸甲酯回收塔，I 一反应精馏塔精馏段，2 一反应精饱塔反应段，3 —反应精饱塔提饱段，4 一反应精饱塔塔顶冷凝器，5 —反应精饱塔塔釜再沸器，6 —乙酸甲酯回收塔精馏段，7 —乙酸甲酯回收塔提馏段，8 —乙酸甲酯回收塔塔顶冷凝器，9 一乙酸甲酯回收塔塔釜再沸器。
【具体实施方式】
[0017]结合附图对本发明作详细的叙述。
[0018]如图1所示，一种乙酸甲酯与异丁醇反应精馏制乙酸异丁酯的工艺方法采用两塔流程，其中反应精馏塔Cl内部有依次上下连接的精馏段1、反应段2、提馏段3，顶部设有反应精馏塔塔顶冷凝器4，底部设有反应精馏塔塔釜再沸器5 ;乙酸甲酯回收塔C2内部有依次上下连接的精馏段6、提馏段7，顶部设有塔顶冷凝器8，底部设有塔釜再沸器9。
[0019]原料异丁醇从反应精馏塔Cl反应段2上部进入塔内，原料乙酸甲酯与乙酸甲酯和甲醇的共沸物混合，从反应精馏塔反应段2下部进入塔内，为保持乙酸异丁酯有较高的转化率和选择性，进料中的乙酸甲酯和异丁醇的总摩尔比为1:1 一 3:1 ;在反应精馏塔反应段2中，异丁醇和过量的乙酸甲酯反应，生成乙酸异丁酯和甲醇，甲醇和部分乙酸甲酯经过精馏段I提纯后，经塔顶冷凝器4冷凝冷却后，一部分回流回到精馏段I的上部，另一部分进入乙酸甲酯回收塔C2 ;反应生成的乙酸异丁酯沸点最高，经提馏段3进一步分离后，在反应精馏塔塔釜得到摩尔分数大于99.5%的乙酸异丁酯，收率大于99%。
[0020]从反应精馏塔Cl塔顶蒸出的甲醇和乙酸甲酯混合物进入乙酸甲酯回收塔C2内，乙酸甲酯和甲醇形成的共沸物从塔顶蒸出，经塔顶冷凝器冷凝冷却后，一部分回流回乙酸甲酯回收塔C2内，另一部分与