本发明涉及化工反应精馏领域，具体地涉及丙酸正丙酯的制备方法。
背景技术
丙酸正丙酯是一种用途广泛的精细化学品，作为一种选择性溶剂被广泛应用到涂料、印刷油墨、香料、清洗剂、食品工业调料等领域，能够取代一些引起空气污染的芳香烃化合物溶剂。伴随着世界经济的快速发展和人类的环保意识的增强，丙酸正丙酯的消耗量越来越大，对于其纯度要求也越来越高，例如电池行业，对其纯度要求99.9％以上。
丙酸和正丙醇酯化反应合成丙酸正丙酯，同时生成副产物水，此反应是可逆平衡反应，且此反应体系存在多种均相/非均相共沸物，常规合成丙酸正丙酯的方法存在反应时间长、催化剂催化效果低、后序处理复杂等问题；采用反应精馏操作能改善此反应，通常采取正丙醇过量的方法，但是此种方法得到的丙酸正丙酯纯度不高，正丙醇/水体系也需后序处理。
技术实现要素：
本发明旨在提出一种丙酸正丙酯的制备方法，以解决现有制备丙酸正丙酯方法产品不满足要求、催化剂催化效果低、副产物不易处理等问题，且此方法操作简单，具有良好的经济效益。
一种丙酸正丙酯的制备方法，为实现上述目的，包括以下步骤：
s1，将过量的丙酸、正丙醇加入装有催化剂的反应精馏塔，在催化剂的作用下发生酯化反应生成丙酸正丙酯，副产物为水，反应精馏塔塔顶得到含有丙酸正丙酯和水的混合物；
s2，将含有丙酸正丙酯和水的混合物经冷凝后送入分相器，水相被采出，质量分数为0.98～0.998，油相一部分回流，一部分采出，得到丙酸正丙酯产品，质量分数大于0.999；
s3，过量的丙酸从反应精馏塔塔釜采出，丙酸的质量分数为0.92～0.94，并返回至反应精馏塔的丙酸原料入口，继续和正丙醇进行反应。
进一步地，反应精馏塔反应段装有催化填料，原料中丙酸和正丙醇的质量百分含量均大于3n。
进一步地，原料丙酸和正丙醇进料量的摩尔比为1.2∶1～2∶1，丙酸从反应段上部进料，正丙醇从反应段下部进料。
进一步地，反应精馏塔的酯化催化填料为捆扎包式催化剂，将强酸性离子交换树脂催化剂包链和规整波纹片有效结合在一起，所述催化剂包链由多个具有中空结构的催化剂包串联而成，能够合理有效地将催化剂均匀分布于塔内反应段，利用液体本身的重力势能使液体在催化剂床层至上而下均匀地穿过流动，避免了由于液体横向扩散至催化剂表面而使催化剂表面更新缓慢的问题，催化剂由于成结构布于填料间，其间存在一定的距离，形成了大量的气相通道，由于气相通道的存在，使得床层压降大幅度降低。
优选的，所述反应精馏塔塔顶压力为20～40kpa，塔顶温度为80～90℃。
进一步地，所述酯化反应催化剂为强酸性离子交换树脂。
优选的，反应精馏塔的回流与丙酸进料质量比为7～9，理论板数为60～80。
优选的，含有丙酸正丙酯和水的混合物经过分相器分相，油相丙酸正丙酯一部分回流，一部分采出，回流和采出的丙酸正丙酯质量比为5～7。
进一步地，应精馏塔的提馏段和精馏段填料均采用高效规整填料。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供的丙酸正丙酯的制备方法，以丙酸和正丙醇为原料通过反应精馏制得质量分数大于0.999的丙酸正丙酯，副产物水的质量分数为0.98～0.998。产品纯度高，收率高，产品质量稳定，副产物易与产品分离。
本发明采用丙酸过量的方法，经反应精馏塔可将正丙醇完全反应，避免产生大量正丙醇和水的混合废料，造成经济损失。
采用减压操作，可有效降低反应温度，防止催化剂“飞温”现象发生，催化剂效果好；产品容易分离，产品品质高，设备投资低。
本发明工艺简单，操作方便，易于控制，投资少。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明实施方式的丙酸正丙酯的制备流程及设备示意图；
附图标记说明：
1-反应精馏塔；2-一级冷凝器；3-二级冷凝器；4-分相器；5-再沸器；6-油相缓冲罐；7-水相缓冲罐。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种丙酸正丙酯的制备方法，包括以下步骤：
将过量的丙酸、正丙醇加入装有催化剂的反应精馏塔，在催化剂的作用下发生酯化反应生成丙酸正丙酯，副产物为水，反应精馏塔塔顶得到含有丙酸正丙酯和水的混合物；
将含有丙酸正丙酯和水的混合物经冷凝后送入分相器，水相被采出，质量分数为0.98～0.998，油相一部分回流，一部分采出，得到丙酸正丙酯产品，质量分数大于0.999；
过量的丙酸从反应精馏塔塔釜采出，丙酸的质量分数为0.92～0.94，并返回至反应精馏塔的丙酸原料入口，继续和正丙醇进行反应。
需要说明的是，反应精馏塔反应段装有催化填料，原料中丙酸和正丙醇的质量百分含量均大于3n。
采用反应精馏制备丙酸正丙酯，与现有其他操作方式相比，不仅操作简单，产品收率高，且产品纯度高，丙酸正丙酯的质量分数大于0.999。
原料丙酸和正丙醇进料量的摩尔比为1.2∶1～2∶1，丙酸从反应段上部进料，正丙醇从反应段下部进料；采用丙酸过量的方法，产品易与副产物水分离，副产物水的质量分数为0.98～0.998，避免产生大量正丙醇和水的混合废料，造成经济损失。
反应精馏塔的酯化催化填料为捆扎包式催化剂，将强酸性离子交换树脂催化剂包链和规整波纹片有效结合在一起，所述催化剂包链由多个具有中空结构的催化剂包串联而成。
反应精馏塔塔顶压力为20～40kpa，塔顶温度为80～90℃；采用减压操作，可有效降低反应温度，防止催化剂“飞温”现象发生，催化效果好。
反应精馏塔的回流与丙酸进料质量比为7～9，理论板数为60～80。
在一种可选实施方式中，回流和采出的丙酸正丙酯质量比为5～7。
应精馏塔的提馏段和精馏段填料均采用高效规整填料。
在本发明推荐的反应精馏塔操作压力、操作温度、回流量和理论板数的条件下，塔顶得到的丙酸正丙酯质量分数大于0.999，副产物水的质量分数为0.98～0.998，且无其他副产物。
下面将结合实施实例和附图对本发明做进一步详细的说明。
实施例
1万吨/年丙酸正丙酯生产，其中原料进料组成及相关参数如下：
原料丙酸：质量分数为0.999，进料量为888kg/h；原料正丙醇：质量分数为0.999，进料量为600kg/h。
反应精馏塔塔顶压力为30kpa，塔顶温度为81.4℃，回流量与丙酸进料量质量比为6.78，回流量与丙酸正丙酯采出量质量比为5.25。
在反应精馏塔塔顶得到丙酸正丙酯和水混合物，经分相器分相，得到质量分数为0.99965的丙酸正丙酯，和质量分数为0.9983的副产物水；在反应精馏塔塔釜采出质量分数为0.9275的丙酸，并返回至丙酸进料入口，继续和正丙醇进行反应。
最后需要说明的是，实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；本领域技术人员在阅读本发明说明书的基础上，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明附权要求的保护范围。