乙酸乙酯的分离设备、制备乙酸乙酯的装置及制备方法
【专利摘要】本发明公开了乙酸乙酯的分离设备、制备乙酸乙酯的装置及制备方法。分离设备包括：罐体和集水包；罐体的一侧设有一物料进口，正对物料进口处设置一用于降低进口物料速度的挡板，罐体的侧边穿设有一内换热管；所述的罐体的底部还设有一油相出口；集水包设置于罐体的底部、位于物料进口与油相出口之间，集水包的外部包覆有外换热管；集水包的底部设有一水相出口；所述的罐体的尺寸同时满足以下要求：和；制备乙酸乙酯的装置包括上述分离设备，制备方法使用该装置。该分离设备和装置简单易操作，分离彻底，不引入其他物质，能分离出高质量的乙酸乙酯，制得的乙酸乙酯产品的含量达到99.9%以上。
【专利说明】乙酸乙酯的分离设备、制备乙酸乙酯的装置及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及乙酸乙酯的分离设备、制备乙酸乙酯的装置及制备方法。
【背景技术】
[0002]乙酸乙酯是重要的精细化工原料，具有优异的溶解性、挥发速度和快干性的特点，在工业中广泛应用于涂料、医药、粘合剂、人造革、硝酸纤维素等领域。随着世界经济持续稳定增长，环保要求日益严格，苯类溶剂价格贵、毒性又高，采用高档溶剂生产涂料、油墨、粘合剂等产品已成大势所趋，从而促使乙酸乙酯需求的快速增长。
[0003]世界各国乙酸乙酯的生产原料情况不同，出现了多种乙酸乙酯生产技术，乙酸乙酯的主要生产技术有四种:乙酸和乙醇酯化法、乙醇脱氢法、乙烯乙酸法和乙醛缩合法，而我国大多数乙酸乙酯厂的生产方法是采用酯化法，这是由于近年来我国的甲醇羰基合成法生产醋酸技术发展速度较快的缘故。一些大型甲醇羰基合成醋酸企业配套建设有乙酸乙酯生产装置，已建装置有上海吴泾化工有限公司200kt/a乙酸乙酯装置、江苏索普集团200kt/a乙酸乙酯装置、山东金沂蒙集团公司180kt/a乙酸乙酯装置、扬子江乙酰化工有限公司100kt/a乙酸乙酯装置和安徽华谊化工有限公司300kt/a乙酸乙酯装置等。
[0004]酯化法制备乙酸乙酯的工艺过程是使一定比例的乙酸和乙醇进入酯化反应器，同时加入硫酸作为催化剂，在蒸汽加热的条件下，在酯化反应器内混合进行酯化反应。反应后的溶液产生酯、水、醇、酸共沸体系，进入酯化反应精制塔分离，塔顶物料经过冷却后得到粗酯，然而在生产中往往会遇到粗酯(主要成分为乙酸乙酯、乙醇和水)的分离问题。
[0005]据相关文献报道，乙酸乙酯、乙醇和水的分离方法通常有精馏分离、共沸精馏(力口共沸剂)、加盐萃取精馏、萃取精馏等，通过查阅文献资料显示这些方法各有优势和劣势，目前后三种分离方法没有见到有大型生产装置的报道。上述分离方法都存在着以下的缺陷:精馏分离方法产品质量有波动，由于反应精馏得到的粗酯中含水和乙醇量较多，因此粗酯在进入后续的精馏前，需将粗酯中含水和乙醇量进行初步分离，而一般的分离设备在酯相和水相分层效果不好，引起乙酸乙酯产品的含水和乙醇量增加，从而影响产品质量和产量。共沸精馏方法是为了提高乙醇对乙酸乙酯的相对挥发度，达到相同的纯度所要求塔板少，共沸剂有乙醚、环戊烷、甲酸甲酯等，由于引入共沸剂，流程相对于精馏复杂。加盐萃取精馏方法是采用先萃取后精馏的方法分离乙酸乙酯、乙醇和水，但同时增加一套萃取设备及盐水蒸发浓缩设备、盐溶液腐蚀设备等问题，无法大规模工业化。萃取精馏方法是通过加入萃取剂来破坏乙酸乙酯、乙醇和水三元共沸物的共沸点，萃取剂有C2-4醇类、乙酸、水等，需要先萃取再精馏两步进行，由于引入萃取剂，流程相对于精馏复杂。
[0006]现有技术中，乙酸乙酯的分离设备和分离方法操作较为复杂，且都有各自的缺陷，直至目前，尚未有简单易操作的乙酸乙酯的分离设备的相关报道，极大的制约了乙酸乙酯的制备工艺的发展，该现象亟待解决。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题在于克服现有的乙酸乙酯的分离设备分离出的乙酸乙酯质量不高，酯相中的含水量和水相中的油相的含量都偏高，或者需要引入其他物质使得分离过程复杂化，或引起设备腐蚀等缺陷，提供一种新的乙酸乙酯的分离设备、制备乙酸乙酯的装置及制备方法。该分离设备和装置简单易操作，分离彻底，不引入其他物质，能分离出高质量的乙酸乙酯，制得的乙酸乙酯的含量达到99.9%以上。
[0008]在乙酸乙酯的分离过程中，由于乙酸乙酯和水相的密度差值很小，分层效果不理想，导致乙酸乙酯中的含水量和水相中有机物的含量偏高，给分离过程带来了很大的困难。为了提高乙酸乙酯的纯度和质量，提高粗酯中的乙酸乙酯和水相的分层效果，发明人对乙酸乙酯的分离设备进行了深入的研究，最终得到了本发明的技术方案。
[0009]本发明的目的之一在于，提供一种乙酸乙酯的分离设备。所述的分离设备包括:一罐体和一集水包，所述的罐体的一侧设有一物料进口，正对所述的物料进口处设置一用于降低进口物料速度的挡板，所述的挡板与所述的罐体的底部留有用于物料流动的空间，所述的罐体的侧边穿设有一内换热管，所述的内换热管与所述的罐体的底部留有用于物料流动的空间；所述的罐体的底部还设有一油相出口；所述的集水包设置于所述的罐体的底部、位于所述的物料进口与所述的油相出口之间，所述的集水包的外部包覆有外换热管；所述的集水包的底部设有一水相出口 ；所述的罐体的尺寸同时满足以下要求:
【权利要求】
1.一种乙酸乙酯的分离设备，其特征在于:所述的分离设备包括:一罐体和一集水包；所述的罐体的一侧设有一物料进口，正对所述的物料进口处设置一用于降低进口物料速度的挡板，所述的挡板与所述的罐体的底部留有用于物料流动的空间，所述的罐体的侧边穿设有一内换热管，所述的内换热管与所述的罐体的底部留有用于物料流动的空间；所述的罐体的底部还设有一油相出口 ；所述的集水包设置于所述的罐体的底部、位于所述的物料进口与所述的油相出口之间，所述的集水包的外部包覆有外换热管；所述的集水包的底部设有一水相出口 ；所述的罐体的尺寸同时满足以下要求:
2.如权利要求1所述的分离设备，其特征在于:所述的分离设备为一卧式分离设备； 所述的挡板垂直于所述的罐体的底部；所述的挡板与所述的罐体通过角钢焊接；所述的挡板较佳的为圆形挡板； 所述的侧边为设有物料进口的侧边或者与所述的物料进口相对的一侧的侧边；所述的内换热管上设置有若干翅片； 所述的内换热管的外露端设有一第一冷冻水进口和一第一冷冻水出口 ；较佳的，所述的第一冷冻水进口的位置位于所述的第一冷冻水出口的下方； 所述的内换热管外接一第一冷冻机组，所述的第一冷冻机组中的冷冻水通过所述的内换热管，降低所述的罐体内的温度； 所述的外换热管设有一第二冷冻水进口和第二冷冻水出口 ；较佳的，所述的第二冷冻水进口的位置位于所述的第二冷冻水出口的下方； 所述的外换热管外接一第二冷冻机组，所述的第二冷冻机组中的冷冻水通过所述的外换热管，降低所述的集水包内的温度； 所述的罐体的外部对称设有一组用于支撑所述的罐体的支座； 较佳的，当所述的粗酯的流量为83.5m3/h时，所述的罐体的直径D为3m，长度L为8m ;较佳的，当所述的粗酯的流量为40m3/h时，所述的罐体的直径D为2.2m，长度L为5.8m ;较佳的，当所述的粗酯的流量为20m3/h时，所述的罐体的直径D为1.8m，长度L为5.6m ;较佳的，当所述的粗酯的流量为10m3/h时，所述的罐体的直径D为1.4m，长度L为4.Sm ;较佳的，当所述的粗酯的流量为5m3/h时，所述的罐体的直径D为lm，长度L为3.4m。
3.如权利要求1所述的分离设备，其特征在于:所述的集水包的尺寸按照如下公式计算:
V = Q(/jc) \7(粗酷) 其中，Q (7)0为水相的体积流量，m3/h ；
4.如权利要求1所述的分离设备，其特征在于:所述的内换热管的面积按照如下公式计算:
Q = m.Cp.(T1-T2) = K.S.Atm
其中: Q为换热管的热负荷，Kff ； S为换热管的面积，m2 ； m为粗酯的质量流量，kg/h ； Cp为粗酯的比热容，其值为2.212KJ/kg.V ； T1为所述的物料的进口温度，V J1为40-60°C，较佳的为45°C ；T2为所述的物料的出口温度，V ；T2为5-35°C，较佳的为20°C ；
Δ tm= (Tft1) + (T2-t2) t!为所述的第一冷冻水进口中的温度，V山为5-10°C，较佳的为5°C和rc ； t2为所述的第一冷冻水出口中的温度，°C ；t2为10-20°c，较佳的为10°C和12°C ；
且 h < t2 ; K为总传热系数:其值为370-540W/m2°C。
5.一种制备乙酸乙酯的装置，其特征在于:所述的装置包括:一酯化釜、一酯化塔、一酯化塔塔顶缓冲器、一第一乙酸乙酯的分离设备、一提浓塔、一提浓塔塔顶缓冲器、一第二乙酸乙酯的分离设备、一精制塔、一废水塔和一低酯塔；所述的第一乙酸乙酯的分离设备和第二乙酸乙酯的分离设备为如权利要求1-4中任一项所述的乙酸乙酯的分离设备； 所述的酯化釜的出口连接所述的酯化塔的第一进口，所述的酯化塔的第一塔顶出口连接所述的酯化塔塔顶缓冲器的第一入口，所述的酯化塔塔顶缓冲器的出口连接所述的第一乙酸乙酯的分离设备的物料进口，所述的第一乙酸乙酯的分离设备的油相出口分别连接所述的提浓塔的第一进口和所述的酯化塔的第二进口，所述的提浓塔的第一塔顶出口连接所述的提浓塔塔顶缓冲器的第一进口，所述的提浓塔塔顶缓冲器的出口连接所述的第二乙酸乙酯的分离设备的物料进口，所述的第二乙酸乙酯的分离设备的油相出口分别连接所述的提浓塔的第二进口和所述的低酯塔的进口，所述的提浓塔的第二塔底出口连接所述的精制塔的进口，所述的精制塔塔顶设有一用于乙酸乙酯流出的第一塔顶出口 ；所述的第一乙酸乙酯的分离设备的水相出口和所述的第二乙酸乙酯的分离设备的水相出口连接所述的废水塔的废水进口，所述的废水塔的第二塔底出口分别连接所述的酯化塔塔顶缓冲器的第二入口和所述的提浓塔塔顶缓冲器的第二入口。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于:所述的酯化塔的第二塔底出口连接所述的酯化釜的第二进口；` 所述的精制塔塔底还设有一用于高沸物流出的第二塔底出口 ； 所述的低酯塔的塔顶设有一用于低酯流出的第一塔顶出口 ； 所述的低酯塔的塔底设有一第二塔底出口 ；所述的第二塔底出口连接所述的酯化釜的第三进口 ； 所述的废水塔的第一塔顶出口连接所述的酯化釜的第四进口 ； 所述的装置还包括一冷却器；所述的废水塔的第二塔底出口通过一冷却器分别连接所述的酯化塔塔顶缓冲器的第二进口和所述的提浓塔塔顶缓冲器的第二进口； 所述的制备乙酸乙酯的装置还包括一冷凝器；所述的酯化塔的第一塔顶出口连接所述的冷凝器后，再与所述的酯化塔塔顶缓冲器的第一进口连接。
7.—种乙酸乙酯的制备方法，其特征在于:其使用如权利要求5所述的设备；所述的制备方法包括以下步骤: (O酯化:将乙酸、乙醇和酯化反应催化剂在所述的酯化釜中混合，在iorc -110°C温度条件下反应，得初产物；所述的乙酸和乙醇质量比为(1.05-1.3):1，所述的酯化反应催化剂的质量流量为I小时通入酯化釜中的乙酸和乙醇的总质量的1%_5% ； (2)精馏:步骤(1)中得到的初产物在所述的酯化塔中精馏，再冷凝至45°C -60°C，得粗酯；所述的酯化塔的条件控制为:顶温为69-72°C，中温为72-78°C，塔釜温度为101-110°C，塔实际板数为48-52块； (3)分离:将步骤(2)中的粗酯与萃取剂在所述的酯化塔塔顶缓冲器内混合后，得混合液A，所述的混合液A进入所述的第一乙酸乙酯的分离设备，将所述的混合液A降温至IO0C -300C，油水分离，得到油相A和废水A ;所述的萃取剂为所述的废水塔的塔底出料物质；所述的萃取剂的添加量为所述的粗酯的质量1/40-1/10 ;在所述的乙酸乙酯的分离设备中，所述的粗酯的停留时间为15min-40min ； (4)提浓:步骤(3)中得到的油相A分流至所述的提浓塔和所述的酯化塔，分流至所述的提浓塔的油相A在所述的提浓塔中提浓，所述的提浓塔塔顶出料，得油相B ;所述的提浓塔的条件控制为:顶温为68-72°C，中温为72-74°C，塔釜温度为75_80°C，塔实际板数为48-52 块； (5)再分离:所述的油相B与萃取剂在所述的提浓塔塔顶缓冲器内混合后，得混合液B，所述的混合液B进入第二乙酸乙酯的分离设备，将所述的混合液B降温至10°C -30°C，油水分离，得到油相C和废水C ;所述的萃取剂为废水塔的塔底出料物质；所述的萃取剂的添加量为所述的油相B的质量的1/40-1/10 ;在所述的乙酸乙酯的分离设备中，所述的油相B停留时间为15min_40min ； (6)再提浓:步骤(5)中得到的油相C分流至所述的提浓塔和所述的低酯塔，分流至所述的提浓塔中的所述 的油相C在所述的提浓塔中提浓，所述的提浓塔塔底出料，得油相D ；所述的提浓塔的条件控制为:顶温为68-72°C，中温为72-74°C，塔釜温度为75_80°C，塔实际板数为48-52块； (7)精制:所述的油相D在所述的精制塔中精制，所述的精制塔塔顶出料，即得到乙酸乙酯；所述的精制塔的条件控制为:顶温为78-80 V、中温为79-81 °C，塔釜温度为83_85°C，塔实际板数为48-52块； 步骤(3)中所述的废水A和步骤(5)中所述的废水C流至所述的废水塔，在所述的废水塔中分离，得废水塔的塔底出料物质，所述的废水塔的条件控制为:顶温为70-72°C，中温为74-78°C，塔釜温度为98-103°C，塔实际板数为48-60块；所述的废水塔的塔底出料物质分流至所述的酯化塔塔顶缓冲器和所述的提浓塔塔顶缓冲器中，作为萃取剂。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于:其使用如权利要求6所述的设备； 步骤(1)中，所述的酯化反应催化剂为硫酸；所述的硫酸较佳的为98%的浓硫酸；所述百分比为质量百分比；所述的催化剂的质量流量较佳的为I小时通入酯化釜中的乙酸和乙醇的总质量的3% ； 步骤(1)中，所述的初产物包括:23.1%-29.13%的乙酸乙酯、62.6%_68.6%的乙酸、7%-8%的水和0.5%-0.9%的乙醇；步骤(1)中，所述的初产物较佳的包括:26.1%的乙酸乙酯、65.6%的乙酸、7.6%的水和0.7%的乙醇；所述百分比为占初产物的质量百分比； 步骤(2)中，所述的酯化塔的填料的温度为70-106°C ； 步骤(2)中，所述的精馏后的初产物的温度为69-72°C，较佳的为70.2V ； 步骤(2)中，所述的冷凝后的温度较佳的为45°C ； 步骤(2)中，所述的粗酯包括:88%-93%的乙酸乙酯、5%-8%的水和1%_2%的乙醇，所述百分比为占粗酯的质量百分比； 步骤(3)中，所述的降温较佳的为降温至20°C ；步骤(3)中，所述的油相A包括:93.3%-97.3%的乙酸乙酯、0.0014%_0.0018%的乙酸、3%-4%的水、1.2%-1.6%的乙醇、0.01%-0.02%的甲酸乙酯、0.01%-0.02%的乙酸甲酯、.0.002%-0.0025%的丙酸乙酯和0.004%-0.008%的乙酸丙酯；所述的油相A较佳的包括:.95.3%的乙酸乙酯、0.0016%的乙酸、3.24%的水、1.42%的乙醇、0.0126%的甲酸乙酯、.0.0177%乙酸甲酯、0.0021%的丙酸乙酯和0.006%乙酸丙酯；所述百分比为占油相A的质量百分比； 步骤(3)中，所述的萃取剂包括:99.99%的水和0.01%的乙酸，所述百分比为占萃取剂的质量百分比； 步骤(4)中，所述的油相B包括:87.7%-91.7%的乙酸乙酯、5%_7%的水、4%_4.5%的乙醇、0.03%-0.004%的甲酸乙酯和0.03%-0.004%的乙酸甲酯；步骤(4)中，所述的油相B较佳的包括:89.7%的乙酸乙酯、5.96%的水、4.26%的乙醇、0.035%的甲酸乙酯和0.045%乙酸甲酯；所述百分比为占所述的油相B的质量百分比； 步骤(5)中，所述的油相B的在所述的提浓塔塔顶缓冲器中的进口温度为45°C -60°C ； 步骤(5)中，所述的降温较佳的为降温至20°C ； 步骤(5)中，所述的油相C包括:88.7%-92.72%乙酸乙酯、4.5%_5%的水、4%_5%的乙醇、.0.04%-0.041%的甲酸乙酯和0.065%-0.07%乙酸甲酯;步骤(5)中，所述的油相C较佳的包括:90.7%乙酸乙酯、4.98%水、4.21%乙醇、0.0405%甲酸乙酯和0.0695%乙酸甲酯；所述百分比为占油相C的质量百分比； 步骤(5)中，所述的萃取剂包括:99.99%的水和0.01%的乙酸，所述百分比为占萃取剂的质量百分比； 步骤(6)中，所述的油相D包括:99.6%-99.9%的乙酸乙酯、0.002%_0.0026%的乙酸、.0.006%-0.0065% 的水、0.08%-0.083% 的乙醇、0.002%_0.0023% 的乙酸甲酯、0.04%-0.045%的丙酸乙酯和0.05%-0.055%的乙酸丙酯；步骤(6)中，所述的油相D较佳的包括:99.81%乙酸乙酯、0.0024%乙酸、0.0063%水、0.0818%乙醇、0.0021%乙酸甲酯、0.0434%丙酸乙酯和.0.054%乙酸丙酯；所述百分比为占油相D的质量百分比。
9.如权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于:其使用如权利要求6所述的设备；所述的制备方法包括以下步骤: 步骤(6)中，分流至所述的低酯塔的所述的油相C在所述的低酯塔中精馏，所述的低酯塔塔顶出料，得低酯类物质，所述的低酯塔塔底出料，得回流产物； 所述的低酯类物质较佳的包括:67.3%-71.3%的乙酸乙酯、11%_13%的水、10%_12%的乙醇、3%-4%的甲酸乙酯和4%-5%的乙酸甲酯；所述的低酯类物质更佳的包括:68.3%的乙酸乙酯、12.5%的水、11.5%的乙醇、3.2%的甲酸乙酯和4.5%的乙酸甲酯；所述百分比为占所述的低酯类物质的质量百分比； 较佳的，所述的低酯塔中的条件控制为:顶温为68-72°C，中温为70-74°C，塔釜温度为72-76°C，塔实际板数为48-52块； 较佳的，所述的低酯类物质通过所述的低酯塔的第一塔顶出口流出； 所述的回流产物较佳的包括:94.1%-98.1%的乙酸乙酯、4%-5%的水和4%_5%的乙醇；所述的回流产物更佳的包括:96.1%的乙酸乙酯、4.3%的水和4.1%的乙醇；所述百分比为占回流产物的质量百分比；较佳的，所述的回流产物通过所述的低酯塔的第二塔底出口流入所述的酯化釜。
10.如权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于:其使用如权利要求6所述的设备；所述的制备方法包括以下步骤: 步骤(7)中，在所述的精制塔中，所述的精制塔塔底出料，得高沸点酯类物质，所述的高沸点酯类物质包括乙酸丙酯和丙酸乙酯；所述的高沸点酯类物质通过所述的精制塔的第二塔底出口流出； 所述的废水塔的塔底出料物质经所述的冷却器冷却后，再回流至所述的酯化塔塔顶缓冲器和所述的提浓塔塔顶缓冲器中，作为萃取剂； 步骤(3)中所述的废水A和步骤(5)中所述的废水C在所述的废水塔中分离后，所述的废水塔塔顶出料，得废水塔分离物； 所述的废水塔分离物较佳的包括:54%-56%的乙酸乙酯、14.5%-15.5%的水和.29.5%-31%的乙醇；所述的废水塔分离物更佳的包括:54.7%的乙酸乙酯、15.1%的水和.30.2%的乙醇；所述百分比为占废水塔分离物的质量百分比； 较佳的，所述废水 塔分离物经所述的废水塔的塔顶出口流至所述的酯化釜中。
【文档编号】C07C67/08GK103657155SQ201310473485
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年10月11日 优先权日:2013年10月11日
【发明者】张炳琦, 付勇, 陈大胜, 叶维贤, 丁更, 马海宾 申请人:上海华谊工程有限公司