乙酸乙酯催化萃取精餾新工藝研究探析

宋蒙 楊詠廣

摘要：近年來，乙酸乙酯催化萃取精餾新工藝的創(chuàng)新之處逐漸增多。例如，在乙酸乙酯工業(yè)生產(chǎn)中，首次將催化反應(yīng)精餾與萃取工藝完美地結(jié)合在一起。而且，該工藝還采取了自行研制的新型復(fù)合催化劑，大幅提高了塔頂酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，最大程度地降低了脫水塔負(fù)荷和能耗。另一方面，該工藝還將萃取之后的酯用在酯化塔的回流，這種技術(shù)能夠大幅度提高帶水能力，持續(xù)加快酯化反應(yīng)速度，降低回流比，且在降低能耗的同時提高酯化塔的生產(chǎn)能力。該工藝技術(shù)水平較高，先進(jìn)性與實(shí)用性較強(qiáng)，能夠讓整個生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)低污染、低排放，經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益與社會效益提升十分顯著，應(yīng)用前景非常廣闊。基于此，本文簡要探討乙酸乙酯催化萃取精餾新工藝。

關(guān)鍵詞：乙酸乙酯；催化；萃取精餾；新工藝

乙酸乙酯是一種關(guān)鍵的精細(xì)有機(jī)原料與工業(yè)溶劑，是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的脂肪酸酯類。目前生產(chǎn)乙酸乙酯最主要的方法就是通過反應(yīng)精餾法加以直接合成。但是這個生產(chǎn)技術(shù)污染極重，能耗較高，1噸乙酯就需要3噸的蒸汽消耗量。所以，探尋科學(xué)高效的節(jié)能降耗技術(shù)對其具有極為重要的意義。而解決這一問題最為關(guān)鍵的一點(diǎn)就在于尋求高效節(jié)能的分離工藝。所以，在日常生產(chǎn)作業(yè)過程中，有關(guān)生產(chǎn)單位必須加大對分離工藝的研究與創(chuàng)新力度。在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，不斷改進(jìn)完善乙酸乙酯生產(chǎn)工藝，大幅度降低乙酸乙酯生產(chǎn)過程中的污染和能耗。

一、乙酸乙酯催化萃取精餾新工藝的提出

從具體的生產(chǎn)作業(yè)實(shí)踐來看，整個生產(chǎn)過程共有三種共沸物，既包括了乙酸乙酯與水，還包括了乙酸乙酯與乙醇、乙酸乙酯與乙醇和水，經(jīng)過長期的實(shí)驗(yàn)證明，乙酸乙酯體系共沸物在常溫常壓時具有的數(shù)據(jù)如表1所示[1]。

由表1可得，乙酯的帶水質(zhì)量和反應(yīng)生成水質(zhì)量的比例大約為52%，可以得出其帶水能力十分有限。從表2可知，乙醇濃度與兩相互溶度呈正相關(guān)關(guān)系，就這一點(diǎn)而言，其不利于分層。將分相后的粗酯含水率和相關(guān)的沸物數(shù)據(jù)進(jìn)行比較后，可以得出粗酯回流僅能帶走0.04-0.05的水分的結(jié)論，具有有限的帶水能力。因此，該種工藝無法將反應(yīng)生成的水通過共沸物的表現(xiàn)形式而無一遺漏地將其蒸出。這很容易使得極大多數(shù)的粗酯回流會持續(xù)帶水，最終造成極高的能耗，產(chǎn)生巨大污染和浪費(fèi)[2]。

在多代科研人員研究的前提上，逐步創(chuàng)建了將醋酸作為過量反應(yīng)物的生產(chǎn)方案。就塔釜釜酸不采出的工藝而言，它對塔釜材質(zhì)有著極高的要求，塔釜中醋酸含量必須達(dá)到60%-80%，溫度要100℃以上，然而，最佳的醋酸沸點(diǎn)為118℃，如果釜液中有醋酸，就必須消耗額外能量來反應(yīng)生成物，隨后再進(jìn)行至催化精餾段，參與相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，在這個過程中一旦操作不慎，塔頂就極易帶入醋酸，同粗酯被共同帶進(jìn)精制塔，影響最終的分離工序。

本文所介紹的強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂催化劑，其在生產(chǎn)過程中，醋酸不僅是反應(yīng)物而且還是萃取劑。這種工藝的主要創(chuàng)新在于其使得三元共沸物的組成結(jié)構(gòu)被打破，在這個工藝中，乙醇作為過量反應(yīng)物，就是催化萃取精餾合成乙酸乙酯重要反應(yīng)物。該工藝不僅可以降低諸多氣化乙酸消耗的水蒸汽量，還能使得塔釜溫度大幅降低。經(jīng)過移出反應(yīng)生成的水，進(jìn)而促使乙酸過量塔釜不采出的工藝得以不斷完善和改進(jìn)。與乙酸過量工藝相比較，將水通過乙酯共沸物帶出精餾塔，可以避免消耗大量移出反應(yīng)體系所需的能量[3]。

二、模擬與優(yōu)化

通過Aspen Plus模擬了乙酸乙酯合成塔，在模擬過程中，通過陽離子交換樹脂Amberlyst合成乙酸乙酯的非均相催化動力學(xué)方程，將萃取和與反應(yīng)精餾結(jié)合在同一塔內(nèi)，再對其進(jìn)行模擬，對萃取精餾乙酸乙酯合成塔進(jìn)行優(yōu)化反應(yīng)。

（一）合成塔理論板數(shù)的優(yōu)化

合成塔理論板數(shù)與塔頂粗酯產(chǎn)生聯(lián)系密切，一般情況下，理論板數(shù)數(shù)量越多，就會具有更好的分離效果，與此同時，還能促使所需回流比得以大幅降低。此外，其還能促使再沸器以及冷凝器負(fù)荷降低。另一方面，理論板數(shù)保持穩(wěn)定還能降低操作費(fèi)用和能耗。如果想使兩者關(guān)系得到平衡從而使總費(fèi)用降至最低，就必須根據(jù)具體情形確定適宜的理論板數(shù)。因此，必須科學(xué)合理地對合成塔四段的理論板數(shù)進(jìn)行分配和優(yōu)化。

（二）進(jìn)料醇酸比的優(yōu)化

就可逆反應(yīng)而言，如果在其中增加一種組分的濃度，就可以使另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率得到較大的提高。由于醋酸與水難以分離，38塊是最恰當(dāng)?shù)墓潭ê铣伤碚摪鍞?shù)，14塊是最完美的催化精餾段理論板數(shù)，在第7塊處讓醋酸進(jìn)料，將回流比設(shè)置成 1.5。乙醇不僅須在第34塊板進(jìn)料，還必須對進(jìn)料的醇酸摩爾比的方式進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。鑒于其能影響塔釜醋酸和塔頂乙酸乙酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)的特點(diǎn)，必須詳盡地考察醋酸的轉(zhuǎn)化率。

（三）進(jìn)料位置的優(yōu)化

從實(shí)踐生產(chǎn)來看，進(jìn)料位置對催化萃取精餾合成塔的重要參數(shù)影響巨大。一般情況下，精餾段指的是醋酸進(jìn)料位置以上部分，萃取段指的是進(jìn)料位置之間的部分，提餾段指的是乙醇進(jìn)料位置以下的部分。一旦減少催化精餾段的理論板數(shù)，就必須縮減萃取段的理論板數(shù)，而這會使得萃取劑無法完全解除溶液，對萃取的分離效果產(chǎn)生巨大影響，從而影響塔頂混合物中的水含量，所以，乙酸的最佳進(jìn)料位置應(yīng)為第7塊理論板[4]。

三、結(jié)語

綜上所述，基于我國倡導(dǎo)綠色環(huán)保生產(chǎn)的大背景之下，在乙酸乙酯生產(chǎn)過程中，對各種降低能耗與污染的新技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新研究是大勢所趨，有關(guān)單位必須對乙酸乙酯催化萃取精餾新工藝的研發(fā)予以高度重視，并根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況積極應(yīng)用相關(guān)技術(shù)，最終為我國化工行業(yè)與環(huán)保事業(yè)做出應(yīng)有貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]李柏春，王鳳竹，肖連杰，張文林.乙酸乙酯催化萃取精餾新工藝的研究[J].現(xiàn)代化工，2017，37（04）：166-170.

[2]李柏春，肖連杰，張文林.乙酸乙酯反應(yīng)精餾新工藝的研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代化工，2016，36（05）：40-43.

[3]黃煥生，黃科林，楊波，盧軍，李若華.乙酸乙酯合成生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].化工技術(shù)與開發(fā)，2007（12）：12-16.

[4]師偉力.“催化反應(yīng)精餾萃取合成乙酸乙酯新工藝研究與應(yīng)用”通過鑒定[J].河北科技大學(xué)學(xué)報，2004（04）：44.

作者簡介：宋蒙（1987，10），男，山東淄博人，本科，理學(xué)學(xué)士，化學(xué)專業(yè)，負(fù)責(zé)氧化反應(yīng)催化劑活性的調(diào)整。

（作者單位：山東宏信化工股份有限公司）