【技术领域】
本发明属于化工行业的分离纯化领域，涉及一种三塔热集成变压精馏提纯乙酸异丙酯的方法及装置。
背景技术：
乙酸异丙酯主要用作涂料、印刷油墨等的溶剂，也是工业上常用的脱水剂，药物生产中.主要用作药物的提取溶剂、涂料溶剂、印刷油墨溶剂、化学反应溶剂等，是中国gb2760-86规定为允许使用的食用香料。主要用以配制朗姆酒香精和水果型香料的溶剂。乙酸可用作酸度调节剂、酸化剂、腌渍剂、增味剂、香料等，也是很好的抗微生物剂。异丙醇作为有机原料和溶剂有着广泛用途，可用于生产涂料、油墨、萃取剂、气溶胶剂等，还可用作防冻剂、清洁剂、调和汽油的添加剂、颜料生产的分散剂、印染工业的固定剂、玻璃和透明塑料的防雾剂等。在工业生产中，常用乙酸与异丙醇以及浓硫酸合成乙酸异丙酯，合成的乙酸异丙酯产品中含有乙酸与异丙醇杂质，而乙酸与异丙醇易形成共沸物难以有效分离，因此有效提纯乙酸异丙酯并对乙酸与异丙醇进行回收不仅节约能源保护环境，同时对企业有很大的经济效益。
乙酸异丙酯沸点为88.52℃，乙酸沸点为118.01℃，异丙醇沸点为82.05℃，常压下乙酸异丙酯与异丙醇易形成最低共沸物，所以需要采用特殊精馏法来分离两者的混合物，常用的特殊精馏法有变压精馏、萃取精馏、膜渗透、精馏耦合技术等。采用传统高低压变压精馏，加压塔冷凝器c1热负荷qc1远远大于减压塔所需热负荷qr2，因此若能利用加压塔冷凝器c1热负荷qc1给减压塔提供热负荷，将大大节约能量消耗。本发明能有效提纯乙酸异丙酯，并处理乙酸异丙酯与异丙醇共沸体系难分离的难题，同时节约了能量，实现能量有效利用。
专利(cn201510594602.9)公开一种三塔变压精馏分离乙腈-甲醇-苯三元共沸物的方法，成功分离了多组分共沸混合物，但未采用热集成。
文献(宗丽丽.甲醇—乙腈—苯三元混合体系分离过程研究[d].河北工业大学,2013.)报道了五塔变压精馏分离乙腈-甲醇-苯共沸混合物，但能耗高，且分离过程复杂。
文献(zhuz,xud,liux,etal.separationofacetonitrile/methanol/benzeneternaryazeotropeviatriplecolumnpressure-swingdistillation[j].separation&purificationtechnology,2016,169:66-77.)报道了三塔变压精馏分离乙腈-甲醇-苯三元共沸物的方法，实现了共沸物的有效分离，未采用热集成工艺。
文献(wuyc,huanghp,chienil.investigationoftheenergy-savingdesignofanindustrial1,4-dioxanedehydrationprocesswithlightfeedimpurity[j].industrial&engineeringchemistryresearch,2014,53(40):15667-15685.)报道了三塔变压精馏分离三乙胺、水、1,4-二氧六环，利用富集塔排出三乙胺气体，再利用低高压双塔分离水与1,4-二氧六环，但未采用热集成。
本发明采用先常压精馏，再加压精馏、最后减压精馏，并利用加压塔(t2)塔顶蒸汽给减压塔(t3)再沸器提供热量的方法。具体为，利用常压塔(t1)得到高纯度乙酸产品，在加压塔(t2)中，利用乙酸异丙酯与异丙醇体系随着压力变化，共沸组成发生偏移这一特性，乙酸异丙酯与异丙醇共沸物进入加压塔(t2)精馏，塔底采出乙酸异丙酯产品，来自加压塔(t2)塔顶馏出物蒸汽与减压塔(t3)塔底物流异丙醇进行换热，气体经过换热完全液化，一部分回流到加压塔(t2)中，一部分由管路9进入到减压塔(t3)中，而高纯度的异丙醇液体一部分经过换热全部汽化进入减压塔(t3)，一部分未经过换热直接经过管路15采出，减压塔(t3)塔顶物流经过冷凝器c3冷凝后，一部分物流回流进入塔中，一部分通过管路16由高压泵p2循环进入加压塔(t2)进行再次精馏。本发明利用乙酸异丙酯与正丙醇形成最低共沸物，且加压塔塔顶冷凝器热负荷远远大于减压塔塔底再沸器热负荷，从而实现高减压塔之间的完全热集成工艺，减少了能量消耗。
技术实现要素：
[要解决的技术问题]
本发明的目的是提供一种三塔热集成变压精馏提纯乙酸异丙酯的方法。
本发明的另一个目的是提供使用所述装置三塔热集成变压精馏提纯乙酸异丙酯的方法及装置本发明的另一个目的是提供所述方法在三塔热集成变压精馏提纯乙酸异丙酯中的用途。
[技术方案]
本发明是通过下述技术方案实现的。
1、三塔热集成变压精馏提纯乙酸异丙酯的方法及装置，其特征在于用于提纯乙酸异丙酯的装置主要包含以下部分：
常压塔(t1)、加压塔(t2)、减压塔(t3)、冷凝器(c1)、冷凝器(c3)、再沸器(r1)、再沸器(r2)、换热器(h3)、加压泵(p1)、加压泵(p2)；其中加压泵(p1)连接加压塔(t2)进料口，再沸器(r1)连接在常压塔(t1)塔底，再沸器(r2)连接在加压塔(t2)，冷凝器(c1)、冷凝器(c3)依次连接在常压塔(t1)和减压塔(t3)塔顶，加压泵(p2)与加压塔(t2)相连，加压塔(t2)气相出口物流与换热器(h3)的热物流进口相连，换热器(h3)的热物流出口加压泵(p3)连接在加压塔(t2)塔顶，减压塔(t3)塔底与换热器(h3)冷物流进口相连，换热器(h3)冷物流出口与减压塔(t3)相连；
该方法主要包括以下步骤：
(1)将粗品乙酸异丙酯进入到常压塔(t1)中，常压塔(t1)塔底出口馏出液相乙酸，其中一部分进入到再沸器(r1)中，经再沸器(r1)再沸后进入到常压塔(t1)，另一部分物流作为乙酸产品直接采出，常压塔(t1)塔顶馏出物经过加压泵(p1)进入到加压塔(t2)中；
(2)在加压塔(t2)塔顶乙酸异丙酯-异丙醇蒸汽作为减压塔(t3)热源，并且利用该热源在换热器(h3)中实现热集成，来自加压塔(t2)塔顶的乙酸异丙酯-异丙醇蒸汽与减压塔(t3)塔底物流异丙醇进行换热，乙酸异丙酯-异丙醇共沸物气体经过热交换完全液化，其中一部分物流回流到加压塔(t2)中，另一部分进入到减压塔(t3)中，而减压塔(t3)塔底物流异丙醇液体一部分经过换热全部汽化进入减压塔(t3)，一部分未经过换热直接从减压塔(t3)塔底采出；
(3)在减压塔(t3)塔顶物流经过冷凝器(c3)进入减压塔(t3)，另一部分作为循环物流由泵(p2)重新进入加压塔(t2)进行再次精馏。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：其特征在于：常压塔(t1)理论塔板数为50～60块，料板位置为第20～30块，加压塔(t2)理论塔板数为25～35块，进料板位置为第16块，循环物流进料板位置为第16块，减压塔(t3)理论板数为45～55块，进料板位置为第31～38块。根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：其特征在于：常压塔(t1)回流比为0.4～0.6，加压塔(t3)回流比为1.6～1.9减压塔(t3)回流比为1.6～1.9。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：其特征在于：常压塔(t1)塔顶温度为70.35～85.72℃，常压塔(t1)塔底温度107.93～117.47℃，加压塔(t2)塔底温度152.42～172.64℃，减压塔(t3)塔顶温度为-10.41～-5.41℃。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：其特征在于：粗品乙酸异丙酯的质量分数为60％～75％。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：其特征在于：提纯后的乙酸异丙酯纯度大于99.90％，回收率为99.90％～99.95％，乙酸的纯度大于99.90％，乙酸的回收率为99.90％～99.98％，异丙醇的纯度大于99.90％，异丙醇的回收率为99.90％～99.97％。
本发明中变压精馏热集成提纯粗品乙酸异丙酯的方法具体描述如下：
乙酸异丙酯-乙酸-异丙醇混合物通过管路1进入常压塔(t1)中，在常压塔中，进料物流进入塔底再沸器r1，再沸器中通入蒸汽进行加热，一部分通过管路5采出，一部分重新回到塔中，塔顶物流进入到加压塔(t2)中进行精馏，塔底物流汽化上升至加压塔(t2)中，上升到塔顶，塔顶蒸汽由管路6采出作为减压塔(t3)热源，在换热器h3中实现完全热集成，来自加压塔塔顶蒸汽与减压塔塔底热物流异丙醇进行换热，气体经过换热完全液化，一部分由管路11回流到加压塔(t2)中，一部分由管路12进入到减压塔(t3)中，在加压塔(t2)内上升的气体与下降的液体进行多级传质传热，下降到塔底的另一部分物流通过管路7采出，进入到减压塔(t3)中的物流，进入到塔底，经过换热器h3，一部分通过管路15直接采出，一部分经再沸进入减压塔(t3)塔顶通过冷凝器冷凝，冷凝后的物流一部分回流进入减压塔(t3)，一部分通过管路16由泵p2循环进入加压塔(t2)进行再次精馏。
本发明采用的常压塔(t1)操作压力为1atm(绝压)，加压塔(t2)操作压力为8atm(绝压)，减压塔(t3)操作压力为0.01atm(绝压)；常压塔(t1)理论塔板数为50～55块，料板位置为第20～30块，加压塔(t2)理论塔板数为25～35块，进料板位置为第16块，循环物流进料板位置为第16块，减压塔(t3)理论板数为45～50块，进料板位置为第31～38块；常压塔(t1)回流比为0.41～1.5，加压塔(t2)回流比为0.5～1.5，减压塔(t3)回流比为2.85～3.8；常压塔(t1)塔顶温度为70.35～85.72℃，常压塔(t1)塔底温度107.93～117.47，加压塔(t2)塔底温度152.42～172.64℃，减压塔(t3)塔顶温度为-10.41～-5.41℃。
本发明提纯后的乙酸异丙酯纯度大于99.90％，回收率为99.90％～99.95％，乙酸的纯度大于99.90％，乙酸的回收率为99.90％～99.98％，异丙醇的纯度大于99.90％，异丙醇的回收率为99.90％～99.97％。
[有益效果]
本发明与现有的技术相比，主要有以下有益效果：
(1)成功提纯了乙酸异丙酯产品，并得到两种高纯度产品乙酸与异丙醇。
(2)与传统变压精馏工艺相比，本发明的设备投资费用低。
(3)与传统变压精馏工艺相比，本发明的操作成本低，热量利用率高。
(4)与萃取精馏工艺相比，本发明未引入其他组分杂质，产品纯度高。
【附图说明】
附图1为热集成三塔变压精馏提纯乙酸异丙酯结构示意图。
图中，t1常压塔；t2加压塔；t3减压塔；c1、c3冷凝器；r1，r3再沸器；h3换热器；d2储液罐；p1、p2加压泵；数字表示各物流管路。
【具体实施方式】
下面结合实施例，进一步说明本发明，但本发明并不局限于实施例。
实施例1：
进料温度为25℃，流量为1000kmol/h，压力为1atm(绝压)，进料中含乙酸异丙酯60％，含乙酸5％，异丙醇35％。常压塔理论板数50，新鲜物流进料板为20，加压塔理论板数为25，新鲜物流进料板为16，循环物流进料板为16；减压塔理论板数为45，进料板为31。常压塔回流比0.41，塔顶温度70.35℃，塔底温度107.93℃；加压塔操作压力为8atm(绝压)，回流比为0.5，塔顶温度为135.75℃，塔底温度为152.42℃；减压塔操作压力为0.01atm(绝压)，回流比为2.85，塔顶温度为-10.41℃，塔底温度为47.58℃。分离后得到乙酸异丙酯产品纯度为99.95％，收率为99.90％，乙酸纯度为99.97％，收率为99.90％，异丙醇产品纯度99.8％，收率99.0％。
按本发明提供的热集成三塔变压精馏提纯乙酸异丙酯的工艺方法及装置，利用加压塔塔顶馏出物蒸汽给减压塔供热，与传统的变压精馏操作能耗相比，节约了加压塔冷凝器的冷却水用量及减压塔再沸器的蒸汽用量，按分离1000kmol/h物料计算，达到相同纯度及收率，冷却水用量节约50％，蒸汽用量减少50％。表1精馏系统工艺操作参数
实施例2：
进料温度为25℃，流量为1000kmol/h，压力为1atm(绝压)，进料中含乙酸异丙酯65％，含乙酸10％，异丙醇25％。常压塔理论板数55，新鲜物流进料板为23，加压塔理论板数为30，新鲜物流进料板为16，循环物流进料板为16；减压塔理论板数为48，进料板为33。常压塔回流比0.44，塔顶温度79.75℃，塔底温度110.43℃；加压塔操作压力为8atm(绝压)，回流比为0.8，塔顶温度为140.46℃，塔底温度为160.34℃；减压塔操作压力为0.01atm(绝压)，回流比为3.05，塔顶温度为-5.47℃，塔底温度为52.58℃。分离后得到乙酸异丙酯产品纯度为99.92％，收率为99.90％，乙酸纯度为99.97％，收率为99.90％，异丙醇产品纯度99.98％，收率99.0％。
实施例3：
进料温度为25℃，流量为1000kmol/h，压力为1atm(绝压)，进料中含乙酸异丙酯70％，含乙酸10％，异丙醇20％。常压塔理论板数60，新鲜物流进料板为25，加压塔理论板数为35，新鲜物流进料板为16，循环物流进料板为16；减压塔理论板数为50，进料板为38。常压塔回流比0.49，塔顶温度80.75℃，塔底温度115.53℃；加压塔操作压力为8atm(绝压)，回流比为1，塔顶温度为145.76℃，塔底温度为168.64℃；减压塔操作压力为0.01atm(绝压)，回流比为3.3，塔顶温度为-10.35℃，塔底温度为54.6℃。分离后得到乙酸异丙酯产品纯度为99.94％，收率为99.95％，乙酸纯度为99.95％，收率为99.90％，异丙醇产品纯度99.97％，收率99.3％。
实施例4：
进料温度为25℃，流量为1000kmol/h，压力为1atm(绝压)，进料中含乙酸异丙酯75％，含乙酸15％，异丙醇10％。常压塔理论板数55，新鲜物流进料板为23，加压塔理论板数为30，新鲜物流进料板为16，循环物流进料板为16；减压塔理论板数为55，进料板为35。常压塔回流比0.5，塔顶温度85.72℃，塔底温度117.47℃；加压塔操作压力为8atm(绝压)，回流比为1.5，塔顶温度为125.76℃，塔底温度为172.64℃；减压塔操作压力为0.01atm(绝压)，回流比为3.8，塔顶温度为-10.35℃，塔底温度为57.87℃。分离后得到乙酸异丙酯产品纯度为99.94％，收率为99.95％，乙酸纯度为99.98％，收率为99.97％，异丙醇产品纯度99.96％，收率99.7％。