专利名称：带酸度控制的间歇酯化反应精馏的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种带酸度控制的间歇酯化反应精馏的装置和方法，用于酯的制备和
产物的提纯。
背景技术：
目前使用较多的间歇酯化反应精馏装置，它的醇先加在塔釜中，酸从上面的酸原料储罐中加入。酸一般都为最重组分，一旦掉入塔釜就残留在塔釜中，而塔釜中到了反应后期，会有大量的水存在，这样就会降低酯化反应的转化率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带酸度控制的间歇酯化反应精馏的装置和方法，可以
克服现有技术存在的缺陷，结构简单，操作方便，能控制酸储罐中酸的流出量。 本发明提供的带酸度控制的间歇酯化反应精馏的装置主要包括塔釜、精馏段和反
应精馏段组成的塔身、储罐、分流装置、加热包、填料塔、冷凝器、产品收集罐、储罐、阀门、温
度计、压差计、电磁铁、回流比控制器、ra测试仪、加料管路及冷凝回流管路。 在塔釜上方的塔身上安装分流装置，塔釜分别连接精馏塔塔身、温度计和压差计，塔釜有取样口 ；塔体内装填料，填料层分上段和下段两段塔身外部有调压控制的电加热带缠绕加热保温，外层再包裹保温层聚；原料储罐通过管路连接到精馏塔身精馏段和反应精馏段交接处，并设有阀门；塔顶采出处通过电磁铁安装回流比控制器；塔顶设冷凝器；塔顶插有温度计；塔釜上方和反应精馏段之间接分流器，塔釜分流器和塔釜上方有储罐，储罐
内插ra测试仪。 本发明提供的带酸度控制的间歇酯化反应精馏的方法包括的步骤在塔釜上方紧接塔釜的塔身上安装分流装置，把精馏过程中的回流液导出在一个储罐中，再通过管路流回塔釜中，然后通过在该储罐中放入酸度计来控制流出储罐中酸的量。 1)在安装好的酯化反应精馏装置的酸原料储罐加入酸，加热塔釜醇液体全回流分钟，使醇蒸气充满全塔，待醇在塔内达到气液平衡，调节回流比控制器，使其成为全采出状态，以酯化反应摩尔配比，通过阀门控制酸的流量，加料，使酸在反应精馏段与醇酯化反应生成酯并经过精馏段上升到塔顶；打开回流比控制器，设定回流比，维持塔内物料平衡使塔运行稳定，采出酯用气相色谱检测含量； 2)通过ra来控制塔釜中酸的量，当ra达到或低于计算值时，关闭酸加料阀门，停止加酸，然后回收储罐中的酸，等ra回到初始值时，打开酸加料阀门，继续流加酸进行间歇
酯化反应精馏操作。 3)酸全部加入精馏塔中后，再继续进行酯化反应精馏，使塔内残留的酸继续反应
完全，等到塔顶温度突然大幅度升高，即酯几乎全部采出后，然后关闭回流比控制器，电加
热包，关闭冷凝水；操作结束后，收集塔内全部流出的液体，测定组分含量与质量。 4)测量采出液和釜液的酸和醇的浓度，计算出未转化酸的量和原料转化率，测量
3釜液酸和水的含量。 本发明的提供一种带酸度控制的间歇酯化反应精馏的装置和方法，可以克服现有技术存在的缺陷，结构简单，操作方便，能控制酸储罐中酸的流出量，提高酯化反应的转化率。
图1是本发明带酸度控制的间歇酯化反应精馏装置结构示意图。
具体实施例方式
用以下的实施例对本发明作进一步的说明 图1为带酸度控制的间歇酯化反应精馏装置，参照图1， 1-蒸馏釜；2-加热包；3-玻璃填料塔；4-冷凝器；5-产品收集罐；6-甲酸原料储罐；7-阀门；8_塔顶测温温度计；9-塔釜测温温度计；10-塔釜取样口 ；ll-U型管压差计；12-回流比控制器(市售通用)；13-分流器;14-PH测试仪;15-储罐。 设备主要由塔釜，精馏塔身(包括精馏段和反应精馏段)，甲酸储罐，甲酸加料管
路及冷凝回流系统，塔釜分流器和塔釜上方的玻璃储罐，用于控制ra值。 具体说明如下 (1)塔釜为容积500mL的三口烧瓶，分别连接精馏塔塔身、温度计和U型管压差计，采用调压控制的电加热包加热，塔釜有取样口 ； (2)塔体为内径30mm的玻璃柱，内装①3mmX6mm的玻璃弹簧填料，填料层高度为1. 5m(其中分两段下段填料层高度为1. 2m ;上段填料层高度为0. 3m)，塔身外部有调压控制的电加热带缠绕加热保温，外层再包裹一层聚乙烯材料的保温棉缠紧进行保温；
(3)甲酸原料储罐容积为500mL，通过管路连接到精馏塔身精馏段和反应精馏段交接处，并通过阀门来控制甲酸的加入速度； (4)塔顶采出处通过电磁铁安装了回流比控制器，用来调节塔顶馏出物的采出；
(5)塔顶使用自来水冷凝； (6)塔顶插温度计进行温度控制，产品收集罐容积200mL ; (7)塔釜上方和反应精馏段之间接分流器，使得上升蒸汽可以顺利通过，而回流液
从侧线采出。侧线接一个玻璃储罐，内插ra测试仪，用于控制回流液的ra值。 应用实施例 先在塔釜1中加入400mL甲醇和少许沸石，接通冷凝水。按甲醇过量加入甲酸的量，本实验中加入甲酸体积为350mL，将这些甲酸加入甲酸原料储罐6中。将电加热包2加热电压调在220V，待塔釜液体沸腾后再把电压调为IOOV左右加热釜内甲醇。全回流10分钟，使甲醇蒸气充满全塔。待塔顶温度计读数稳定在65t:，甲醇在塔内达到气液平衡。调节回流比控制器，使其成为全采出状态，测得在30min时间内在塔顶全采出甲醇冷凝液共40mL，从而计算出塔内甲醇上升蒸气平均流速为1.33mL/min。以酯化反应摩尔配比为1 : l，即甲酸加入速度和甲醇蒸汽上升速度相等，通过阀门7控制甲酸的流量为1. 5mL/min，加料，使甲酸在反应精馏段与甲醇酯化反应生成甲酸甲酯并经过精馏段上升到塔顶。从加料甲酸20min后，塔顶甲酸甲酯蒸气已经几乎赶走甲醇蒸气以充满塔顶，此时塔顶温度计8读数稳定在32t:，然后打开回流比控制器，设定采出时间2s/回流时间20s(既回流比为10 : 1)，
移出反应产物甲酸甲酯以打破反应平衡同时维持塔内物料平衡使塔运行稳定。每次采出的甲酸甲酯用气相色谱检测含量。 在实验操作过程中，首先计算甲酸需要达到的转化率，并计算出相应的ra值的变化数，通过ra来控制塔釜中甲酸的量。当ra达到或低于计算值时，关闭甲酸加料阀门，停止流加甲酸，然后回收储罐i5中的甲酸，等ra回到初始值时，打开甲酸加料阀门，继续流加甲酸进行间歇酯化反应精馏操作。 实验待甲酸全部加入精馏塔中后，再继续进行酯化反应精馏，使塔内残留的甲酸
继续反应完全。等到塔顶温度突然大幅度升高，即甲酸甲酯几乎全部采出后，然后关闭回流比控制器，电加热包，关闭冷凝水。操作结束后，收集塔内全部流出的液体，测定组分含量与质量。 测量采出液和釜液的甲酸和甲醇浓度，计算出未转化甲酸的量和原料转化率，测
量釜液甲酸和水的含量。 将甲酸加入塔身中后，塔顶回流液迅速增加，塔顶温度计由6(TC快速降至32°C，并稳定在32t:保持不变，无催化剂的甲酸和甲醇酯化反应进行很快。同样，塔顶产品中的甲酸甲酯含量在加料后不久就达到90%以上，一段时间后，塔顶储罐中甲酸甲酯的含量能稳定在95%以上。
随着反应的进行，通过ra酸度计14控制储罐15中的甲酸的含量，当ra值低于某
一预定值时，停止甲酸加料，随后，塔顶甲酸甲酯的含量就会稍有所下降，甲醇含量有所上升。这是由于甲酸的加入量减少，在反应精馏段中的甲酸大部分反应完后就会有部分甲醇上升到塔顶，从而使得甲酸甲酯的含量降低，甲醇的含量有所上升。 同样，在反应结束后，测定塔釜中各组分的含量其中含有大量的水，甲醇的含量极少，而甲酸甲酯和甲酸的含量几乎没有，计算的含量已经控制到小于0.5%。由于最后塔顶中不含甲酸，塔釜中含有甲酸的量也很少，而甲醇在塔顶产品中和塔釜残液中占有一定的比重，甲醇过量，故残留在塔身中的甲醇量可以忽略，因此用甲醇的变化，然后换算成甲酸的变化来计算该反应的转化率较准确。通过计算得出甲酸的转化率为94. 3%。
权利要求
一种带酸度控制的间歇酯化反应精馏的装置，其特征在于它主要包括塔釜、精馏段和反应精馏段组成的塔身、储罐、分流装置、加热包、填料塔、冷凝器、产品收集罐、储罐、阀门、温度计、压差计、电磁铁、回流比控制器、PH测试仪、加料管路及冷凝回流管路；在塔釜上方的塔身上安装分流装置，塔釜分别连接精馏塔塔身、温度计和压差计，塔釜有取样口；塔体内装填料，填料层分上段和下段两段塔身外部有调压控制的电加热带缠绕加热保温，外层再包裹保温层聚；原料储罐通过管路连接到精馏塔身精馏段和反应精馏段交接处，并设有阀门；塔顶采出处通过电磁铁安装回流比控制器；塔顶设冷凝器；塔顶插有温度计；塔釜上方和反应精馏段之间接分流器，塔釜分流器和塔釜上方有储罐，储罐内插PH测试仪。
2. —种权利要求1所述的带酸度控制的间歇酯化反应精馏的装置进行间歇酯化反应精馏的方法，其特征在于它包括的步骤1) 在安装好的酯化反应精馏装置的酸原料储罐加入酸，加热塔釜醇液体全回流，使醇蒸气充满全塔，待醇在塔内达到气液平衡，调节回流比控制器，使其成为全采出状态，以酯化反应摩尔配比，通过阀门控制酸的流量，加料，使酸在反应精馏段与醇酯化反应生成酯并经过精馏段上升到塔顶；打开回流比控制器，设定回流比，维持塔内物料平衡使塔运行稳定，采出酯用气相色谱检测含量；2) 通过ra来控制塔釜中酸的量，当ra达到或低于计算值时，关闭酸加料阀门，停止加酸，然后回收储罐中的酸，等PH回到初始值时，打开酸加料阀门，继续流加酸进行间歇酯化反应精馏操作；3) 酸全部加入精馏塔中后，再继续进行酯化反应精馏，使塔内残留的酸继续反应完全，等到塔顶温度突然大幅度升高，即酯几乎全部采出后，然后关闭回流比控制器，电加热包，关闭冷凝水；操作结束后，收集塔内全部流出的液体，测定组分含量与质量；4) 测量采出液和釜液的酸和醇的浓度，计算出未转化酸的量和原料转化率，测量釜液酸和水的含量。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的酸是甲酸，所述的醇是甲醇。
4. 根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于所述的回流比为10 : 1。
全文摘要
本发明涉及一种带酸度控制的间歇酯化反应精馏的装置和方法，用于酯的制备和产物的提纯。带酸度控制的间歇酯化反应精馏的装置主要由塔釜、精馏塔身、甲酸储罐、甲酸加料管路及冷凝回流系统、塔釜分流器和塔釜上方用于控制pH值的玻璃储罐等组成。在塔釜上方紧接塔釜的塔身上安装分流装置，把精馏过程中的回流液导出在一个储罐中，再通过管路流回塔釜中，然后通过在该储罐中放入酸度计来控制流入储罐中甲酸的量。本发明通过酸度计检测酸的量，控制酸储罐中酸的流出量，从而提高酯化反应的转化率。
文档编号B01D3/00GK101695647SQ200910071019
公开日2010年4月21日 申请日期2009年10月29日 优先权日2009年10月29日
发明者刘伟明, 唐克, 徐利, 白鹏, 赵欢欢 申请人:天津大学;