催化精馏合成乙酸乙酯.doc

第25卷第6期化学反应工程与工艺Vol25No62009年12月ChemicalReactionEngineeringandTechnologyDec.2009文章编号:1001-7631200906-0550-05收稿日期:2009209215修订日期:2009211211作者简介:田晖1983-男博士研究生吴燕翔1957-男教授博士通讯联系人。E2mail:wuyxfzu.edu.cn基金项目:福州大学科技发展启动基金项目20082XY26校人才基金XRC20826催化精馏合成乙酸乙酯田晖黄智贤吴燕翔福州大学化学化工学院福建福州350108摘要:以乙酸、乙醇为原料阳离子交换树脂为催化剂在自制精馏塔内催化精馏酯化合成乙酸乙酯。以捆扎包作为催化剂装填方式并考察了催化剂布包材料、乙醇进料位置、空速、回流比、进料酸醇物质的量之比对乙醇转化率和塔顶产品中乙酸乙酯含量的影响。结果表明合适的条件为催化剂布包采用尼龙布材料乙醇进料位置在催化段底部空速为0.213h-1进料酸醇物质的量之比3∶1回流比1.0。该工艺条件下乙醇转化率为97.16塔顶乙酸乙酯的质量分数为95.44。关键词:催化精馏乙酸乙酯酯化阳离子交换树脂中图分类号:TQ032文献标识码:A乙酸乙酯ethylacetate是一种重要的化工原料和良好的有机溶剂具有毒性小的特点可用作胶黏剂、药物和有机酸的萃取剂以及水果味香料的原料等12。工业生产乙酸乙酯的主要方法是先进行酯化反应然后采用一系列分离方法来提纯。近年来随着国内外对乙酸乙酯需求量的不断增长以硫酸为催化剂直接酯化合成乙酸乙酯的传统工艺的缺点如设备腐蚀严重、副反应多、反应废液难处理、生产成本高等3日益明显。在国外该生产方式已逐渐被淘汰取而代之的是催化精馏工艺。催化精馏技术是化学工程的前沿技术之一它将反应和精馏耦合在一个设备里进行与传统的反应和分离单独进行的过程相比具有收率高、投资少、操作费用低和节能等优点4。杜长海等5以自制的填料型SO42-/Al2O32Al和SO42-/ZrO22Al2O32Al固体酸为催化剂在直径30mm的不锈钢精馏塔内合成乙酸乙酯乙醇转化率达到85。高静等6以2mm×2mm不锈钢丝网制dixon填料和强酸性阳离子交换树脂为催化剂在内径40mm和高1100mm的催化精馏塔内合成乳酸乙酯乳酸乙酯的收率为31.61。本工作采用催化精馏技术以阳离子交换树脂为催化剂采用捆扎包装填方式7以乙醇转化率为目标对催化精馏合成乙酸乙酯工艺进行优化。1实验部分自制不锈钢催化精馏塔总高为2200mm塔内径32mm由3根400mm和4根250mm的塔节组成。实验流程见图1。整个精馏塔包括精馏段、催化反应段和提馏段3部分。进料口ab和c距塔顶距离分别为15501300和500mm进料口a和c间塔内是催化剂捆扎包捆扎包采用Mo2Ti不锈钢丝网。催化剂阳离子交换树脂Amberlyst36Wet为RohmandHaas生产是不透明球形颗粒装载离子为H交换容量大于1.95eq/L5.4eq/kg表面积33m2/g平均孔径24nm最高操作温度150℃装载量800g/L。催化剂捆扎包构成整个装置的催化反应段反应段以上为精馏段以下为提馏段精馏段和提馏段内装2.5mm×2.5mm的θ环型填料。选用乙醇2异丙醇体系进行理论塔板数计算得出精馏段相当于8块理论板催化反应段相当于6块理论板、提馏段相当于9块理论板。整个催化精馏塔采用电图1催化精馏实验装置流程Fig.1Theflowsheetofexperimentalset2upofcatalyticdistillation12liquiddistributor22catalyticdistillationtower32towerkettle42producttank572pump62ethanoltank82aceticacidtank92distillatetank102refluxratiocontroller112condenser热套保温由热电偶和继电器控制加热量。乙醇和乙酸按一定物质的量配比分别经微型计量泵后进入精馏塔酯化产物进入塔顶冷凝器冷凝。每隔1h测定塔顶和塔釜物料组成当几次取样所测组成相差小于1时可认为塔的操作达到平衡状态以操作稳定后3次操作的平均值作为实验结果。采用VARIANCP23900气相色谱仪分析乙醇和乙酸乙酯的含量采用酸碱滴定法分析乙酸含量。气相色谱分析的操作条件为氢焰离子检测器CP8907型毛细柱15m×0.25mm×0.25μm载气流速0.7mL/min柱温45℃保持2min15℃/min升温至100℃进样口温度250℃检测器温度300℃。2结果与讨论酯化产物为乙醇EtOH、水和乙酸乙酯EtAc的混合物并可能含有少量的乙酸HAc。采用较大的进料酸醇物质的量之比可以使