醋酸丁酯的熱泵精餾生產方法及裝置的製作方法
2023-05-02 20:28:16 3
專利名稱：醋酸丁酯的熱泵精餾生產方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種醋酸丁酯的生產方法，特別涉及一種醋酸丁酯的熱泵精餾生產方法。
本發明還涉及一種上述方法使用的裝置。
背景技術：
醋酸丁酯是一種優良的有機溶劑，廣泛應用於塗料、香料、製革、製藥等行業。近年來，隨著醋酸酯類逐漸取代甲乙酮和甲基異丁基酮等脂肪族酮以及苯、甲苯和二甲苯等芳香族溶劑，國內外醋酸丁酯的需求大幅增長。
製備醋酸丁酯的方法主要有三氧化二釹催化合成法、DH型催化劑催化合成法和採用硫酸催化劑酯化法等。目前，國內工業化生產醋酸丁酯普遍採用的是傳統硫酸催化酯化法，該方法因主要採用反應精餾等單元操作過程，能耗、物耗相對較高。在化工生產中，精餾通常是能耗較大的單元過程，其耗能約佔總能耗的40％。因此，提高精餾過程的傭效率，降低過程能耗，是醋酸丁酯生產節能的重要途徑。
熱泵精餾作為一種能有效提高精餾熱效率的節能技術，已廣泛應用於各種化工生產過程中。如在異丁烷/正丁烷、丙烷/丙烯、乙烷/乙烯等物系的分離和乙醇生產中，存在著大量成功使用熱泵技術的實例，使用結果表明，熱泵精餾技術能夠極大地降低生產過程能耗，取得顯著的經濟效益。
發明內容
本發明克服了現有技術的不足，提供了一種醋酸丁酯的熱泵精餾生產方法，該方法結構簡單，高效節能，安全可靠。
本發明的另一目的在於提供了一種上述方法使用的裝置。
本發明的醋酸丁酯的熱泵精餾生產方法，包括原料乙酸、丁酯經過酯化釜、酯化塔酯化後，經過精餾塔精餾製得，其特徵在於還包括將酯化塔塔頂的混合氣經壓縮成為過熱氣體作為熱源與原料和酯化釜換熱，換熱後的混合氣依靠自身壓力返回塔頂處的高位，經冷卻後分相得到粗酯和水，將部分粗酯、水回流至酯化塔，其餘粗酯進入精餾塔；和將精餾塔塔頂的混合氣經壓縮成為過熱氣體作為熱源與塔底再沸器換熱，換熱後得到冷凝液經進一步冷卻後部分回流至精餾塔，其餘部分送至進料端作為原料。
所述來自酯化塔塔頂的混合氣是含有60～64％重量的醋酸丁酯、8～12％重量的丁醇和26～30％重量的水，壓力為0.103MPa、溫度91～93℃的混合氣體，所述混合氣體經壓縮後，其壓力為0.309MPa，溫度為154℃。
所述來自精餾塔塔頂的混合氣是含有39％重量的醋酸丁酯、49％重量的丁醇和12％重量的水，壓力為0.103Mpa、溫度114℃的混合氣體，所述混合氣體經壓縮後，其壓力為0.515Mpa，溫度為180℃。
本發明公開的一種實現醋酸丁酯的熱泵精餾生產方法使用的裝置，包括酯化塔、酯化重沸器、酯化釜、精餾塔、精餾重沸器、冷卻器、分相器、調節閥、兩套熱泵，其中酯化重沸器一端為進料端，另一端通過管道與酯化釜進料端連接，酯化釜的出料端通過管道與酯化塔進料端連接，酯化塔的底端通過管道與酯化重沸器的進料端連接，酯化塔的頂端通過管道與分相器的一端連接，分相器的另一端通過管道連接精餾塔進料端，精餾塔底端通過管道分別與精餾再沸器的進口端、成品槽連接，精餾再沸器的出口端通過管道與精餾塔底端連接，精餾塔的頂端通過管道與分相器的一端連接，分相器的另一端通過管道連接酯化重沸器的進料端，一套熱泵的一端通過管道與酯化塔塔頂出口相連，另一端通過兩個調節閥分別與酯化釜的氣體進口端和酯化重沸器的氣體進口端連接，酯化釜的氣體出口端和酯化重沸器的氣體出口端通過管道與冷卻器一端連接，冷卻器的另一端連接分相器，另一套熱泵的一端通過管道與精餾塔塔頂出口相連，另一端與精餾重沸器的氣體進口端連接，精餾重沸器的氣體出口端通過管道與冷卻器一端連接，冷卻器的另一端連接分相器。
本發明是在常規精餾醋酸丁酯生產裝置的基礎上，增設兩套壓縮式熱泵系統，省去塔頂冷凝器，將壓縮機、酯化塔、精餾塔、塔底再沸器、反應釜等設備組合在一起構成的循環工藝流程，通過消耗少量的電能，從較低溫位的冷凝器取熱，用於再沸器和反應釜的供熱，達到節能降耗的目的。
本發明與現有技術相比，具有如下優點(1)本發明與常規流程相比並未改變原酯化塔和精餾塔的工藝及操作參數，但是本發明通過將塔頂氣相共沸物經熱泵壓縮升溫，在塔底放熱冷凝後，利用自身壓力返回塔頂分相器，通過塔頂低溫熱的升級利用，能夠節省加熱蒸汽和冷卻水，極大提高過程的用能效率。
(2)本發明的方法不需改變原酯化塔、精餾塔的工藝操作參數，適合於現有的常規醋酸丁酯生產裝置的節能改造。
(3)本發明的經濟效益顯著，能大幅度降低生產過程能耗，與常規工藝流程相比，熱泵精餾新工藝流程能耗下降56.9％，設備投資費用增加14.5％，按年產2.5萬噸醋酸丁酯生產裝置計，每年可節省操作費用354萬元。
圖1為本發明的裝置結構示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，酯化重沸器1的一端為進料端，另一端通過管道與酯化釜2進料端連接，酯化釜2的出料端通過管道與酯化塔3進料端連接，酯化塔3的底端通過管道與酯化重沸器1的進料端連接，酯化塔3的頂端通過管道與分相器6的一端連接，分相器6的另一端通過管道連接精餾塔7進料端，熱泵4的一端通過管道與酯化塔3塔頂出口相連，另一端通過兩個調節閥12、13分別與酯化釜2的氣體進口端和酯化重沸器1的氣體進口端連接，酯化釜2的氣體出口端和酯化重沸器1的氣體出口端通過管道與冷卻器5一端連接，冷卻器5的另一端連接分相器6，精餾塔7底端通過管道分別與精餾再沸器8的進口端、成品槽連接，精餾再沸器8的出口端通過管道與精餾塔7底端連接，精餾塔7的頂端通過管道與分相器11的一端連接，分相器11的另一端通過管道連接酯化重沸器8的進料端，，熱泵9的一端通過管道與精餾塔7塔頂出口相連，另一端與精餾重沸器8的氣體進口端連接，精餾重沸器8的氣體出口端通過管道與冷卻器10一端連接，冷卻器10的另一端連接分相器11構成。
實施例1採用圖1的裝置，生產工藝如下來自酯化塔塔頂的混合氣由60％重量的醋酸丁酯、12％重量的丁醇和26％重量的水組成，其壓力為0.103MPa、溫度91℃，所述混合氣體經壓縮後，其壓力為0.309MPa，溫度為154℃。
來自精餾塔塔頂的混合氣由39％重量的醋酸丁酯、49％重量的丁醇和12％重量的水組成，壓力為0.103Mpa、溫度114℃，所述混合氣體經壓縮後，其壓力為0.515Mpa，溫度為180℃。
與常規工藝相比，每生產1噸醋酸丁酯能夠節約能耗費用141.6元，具體節省的能耗如表1所示。
表1
其中蒸汽以110元/t，電以0.6元/kWh，水以0.8元/t計算。
實施例2採用圖1的裝置，生產工藝如下來自酯化塔塔頂的混合氣由64％重量的醋酸丁酯、8％重量的丁醇和30％重量的水組成，其壓力為0.103MPa、溫度91～93℃，所述混合氣體經壓縮後，其壓力為0.309MPa，溫度為154℃。
3、根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述來自精餾塔塔頂的混合氣由39％重量的醋酸丁酯、49％重量的丁醇和12％重量的水組成，壓力為0.103Mpa、溫度114℃，所述混合氣體經壓縮後，其壓力為0.515Mpa，溫度為180℃。
與常規工藝相比需要增加兩套熱泵系統，同時省去了蒸汽鍋爐系統、冷卻水循環系統和兩臺塔頂冷凝器。由於用共沸物混合氣體作為工質，塔底再沸器總傳熱係數較水蒸汽要低，因此塔底再沸器的換熱面積要適當增大，或者採用強化傳熱技術。本發明的設備投資改進效益如表2。
表2
對於總投資1100萬元、年產2.5萬噸的醋酸丁酯裝置，熱泵工藝與常規工藝相比，設備投資增加約159萬元，佔設備總投資的14.5％，但是熱泵精餾流程每年可節省能耗等裝置操作費用約354萬元，熱泵流程改造的簡單投資回收期通常不到一年。
權利要求
1.一種醋酸丁酯的熱泵精餾生產方法，包括原料經過酯化釜、酯化塔酯化後，經過精餾塔精餾製得，其特徵在於還包括將酯化塔塔頂的混合氣經壓縮成為過熱氣體作為熱源與原料和酯化釜換熱，換熱後的混合氣依靠自身壓力返回塔頂處的高位，經冷卻後分相得到粗酯和水，將部分粗酯、水回流至酯化塔，其餘粗酯進入精餾塔；和將精餾塔塔頂的混合氣經壓縮成為過熱氣體作為熱源與塔底再沸器換熱，換熱後得到冷凝液經進一步冷卻後部分回流至精餾塔，其餘部分送至進料端作為原料。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述來自酯化塔塔頂的混合氣由60～64％重量的醋酸丁酯、8～12％重量的丁醇和26～30％重量的水組成，其壓力為0.103MPa、溫度91～93℃，所述混合氣體經壓縮後，其壓力為0.309MPa，溫度為154℃。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述來自精餾塔塔頂的混合氣由39％重量的醋酸丁酯、49％重量的丁醇和12％重量的水組成，壓力為0.103Mpa、溫度114℃，所述混合氣體經壓縮後，其壓力為0.515Mpa，溫度為180℃。
4.一種實現權利要求1～3之一所述方法的裝置，包括酯化塔、酯化重沸器、酯化釜、精餾塔、精餾重沸器、冷卻器、分相器、調節閥，酯化釜與酯化重沸器和酯化塔連接，精餾塔與精餾重沸器連接，其特徵在於還包括兩套熱泵，其中一套熱泵的一端通過管道與酯化塔塔頂出口相連，另一端通過兩個調節閥分別與酯化釜的氣體進口端和酯化重沸器的氣體進口端連接，酯化釜的氣體出口端和酯化重沸器的氣體出口端通過管道與冷卻器一端連接，冷卻器的另一端連接分相器，和另一套熱泵的一端通過管道與精餾塔塔頂出口相連，另一端與精餾重沸器的氣體進口端連接，精餾重沸器的氣體出口端通過管道與冷卻器一端連接，冷卻器的另一端連接分相器。
全文摘要
本發明公開了一種醋酸丁酯的熱泵精餾生產方法，包括原料經過酯化釜、酯化塔酯化後，經過精餾塔精餾製得，其特徵在於還包括將來自酯化塔塔頂的混合氣以及來自精餾塔塔頂的混合氣壓縮成為過熱氣體，作為熱源與原料和酯化釜以及塔底再沸器換熱，所述方法使用的裝置，包括酯化塔、酯化重沸器、酯化釜、精餾塔、精餾重沸器、冷卻器、分相器、調節閥，酯化釜與酯化重沸器和酯化塔連接，精餾塔與精餾重沸器連接，其特徵在於還包括兩套熱泵。本發明的方法能夠節省醋酸丁酯生產中的加熱蒸汽和冷卻水，極大提高過程的用能效率，並能使醋酸丁酯精餾的能耗下降56.9％。本方法適用於醋酸丁酯的生產領域。
文檔編號C07C69/14GK1834082SQ20061003393
公開日2006年9月20日 申請日期2006年2月28日 優先權日2006年2月28日
發明者陳清林, 高學農, 鄧仁傑 申請人:華南理工大學