本發(fā)明涉及一種連續(xù)催化精餾制備乳酸乙酯的方法，屬于食品和化工領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

乳酸乙酯的又稱(chēng)α-羥基丙酸乙酯，分子式為c5h10o3，熔點(diǎn)-26℃，沸點(diǎn)154.5℃，與水完全互溶并部分水解，易溶于醇、醚、酮和酯類(lèi)有機(jī)溶劑，具有無(wú)毒和可生物降解的性能，具有酒香香味的五色透明液體，是一種重要的食用香料，用于食品行業(yè)酒類(lèi)和香精的添加劑；還可作為制藥工業(yè)中的潤(rùn)滑劑和增塑劑，是一種新型的、符合環(huán)保要求的綠色溶劑。

乳酸乙酯的合成工業(yè)一般采用間歇酯化法，乳酸和乙醇在濃硫酸催化劑作用下發(fā)生酯化反應(yīng)，然后以苯或甲苯為帶水劑，脫除反應(yīng)體系中生成的水使得平衡正向移動(dòng)，得到乳酸乙酯粗品，再經(jīng)過(guò)間歇減壓蒸餾得到食品級(jí)產(chǎn)品。這種工藝因帶水劑苯或甲苯有毒，生成的乳酸乙酯往往因含這些物質(zhì)限制了其作為綠色溶劑的用途，且濃硫酸會(huì)促使乳酸發(fā)生分子間及分子內(nèi)的脫水反應(yīng)、縮合反應(yīng)及環(huán)化反應(yīng)等副反應(yīng)，使得乳酸乙酯產(chǎn)物色澤不好，產(chǎn)率低下。

申請(qǐng)?zhí)枮?3118797.4的文獻(xiàn)以純度為99.1~99.6%的無(wú)水乙醇為脫水劑，將反應(yīng)體系生成的水脫出，塔頂?shù)掖家砸掖己退墓卜形镄问讲沙稣麴s塔，得到食品級(jí)乳酸乙酯產(chǎn)率達(dá)到97.2%，這種方法提高了乳酸乙酯的產(chǎn)率，較目前工業(yè)乳酸乙酯產(chǎn)率65~80%提高了20~30%。但是使用無(wú)水乙醇為帶水劑，增加了原材料成本，且在塔頂回收這些醇，使得操作成本增加很多，因此造成乳酸乙酯成本居高不下，不利于大規(guī)模工業(yè)化推廣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種連續(xù)催化精餾制備乳酸乙酯的方法，從工業(yè)化角度考慮，在保證酯化收率前提下，提高酯化速度和設(shè)備生產(chǎn)連續(xù)性、自動(dòng)化，降低生產(chǎn)成本。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的的技術(shù)方案包括如下步驟：（1）反應(yīng)工段：在裝載酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂催化劑的固定床反應(yīng)器內(nèi)，將乙醇（質(zhì)量濃度95%）和乳酸（質(zhì)量濃度95%），通過(guò)原料泵進(jìn)入固定床反應(yīng)器內(nèi)催化酯化反應(yīng)，得到乳酸乙酯粗品；（2）分離工段：將乳酸乙酯粗品進(jìn)行精餾分離，依次進(jìn)入粗分塔、乙醇塔、乳酸塔和乳酸乙酯塔，得到食品級(jí)乳酸乙酯。

所述的乙醇和乳酸的摩爾比為2:1~4:1。

所述的固定床反應(yīng)器，反應(yīng)溫度70~90℃，反應(yīng)壓力0.1~0.3mpa，空速3~5h-1。

所述的粗分塔的操作壓力為常壓，塔釜再沸器的最佳溫度為120~140℃，塔頂冷凝器的最佳溫度為80~95℃，回流比為0.2~0.5，理論塔板數(shù)為30~40。

所述的乙醇塔的操作壓力為常壓，塔釜再沸器的最佳溫度為90~110℃，塔頂冷凝器的最佳溫度為75~80℃，回流比為2~5，理論塔板數(shù)為35~45。

所述的乳酸塔的操作壓力為5~10kpa，塔釜再沸器的最佳溫度為120~140℃，塔頂冷凝器的最佳溫度為65~80℃，回流比為0.3~0.6，理論塔板數(shù)為30~40。

所述的乳酸乙酯塔的操作壓力為15~20kpa，塔釜再沸器的最佳溫度為80~110℃，塔頂冷凝器的最佳溫度為55~65℃，回流比為0.3~0.6，理論塔板數(shù)為30~40。

所述的粗分塔、乙醇塔、乳酸塔和乳酸乙酯塔為填料塔，所使用的填料為不銹鋼散堆填料或規(guī)整填料。

圖1為連續(xù)催化精餾制備乳酸乙酯工藝方法的流程圖。

在圖1中，1和2分別為裝有乳酸和乙醇的原料罐，3為裝有固體催化劑的固定床反應(yīng)器，4為粗分塔，5為乙醇塔，6為乳酸塔，7為乳酸乙酯塔，8為固定床反應(yīng)器的管線，9為進(jìn)粗分塔的管線，10為粗分塔塔頂管線，11為粗分塔塔釜管線，12為乙醇塔塔頂管線，13為乙醇塔塔釜管線，14為乳酸塔塔頂管線，15為乳酸塔塔釜管線，16為乳酸乙酯塔頂管線，17為乳酸乙酯塔釜管線。

乳酸和乙醇經(jīng)原料泵進(jìn)入管道混合均勻，經(jīng)8進(jìn)入固定床反應(yīng)器進(jìn)行酯化反應(yīng)，酯化產(chǎn)物經(jīng)9進(jìn)入粗分塔，塔頂采出乙醇和水，經(jīng)10進(jìn)入乙醇塔，塔釜采出乳酸乙酯、水和乳酸，經(jīng)11進(jìn)入乳酸塔，乙醇塔塔頂采出乙醇和水共沸組成，經(jīng)12返回乙醇原料罐，塔釜廢水經(jīng)13外排，乳酸塔塔頂采出乳酸乙酯和水，經(jīng)14進(jìn)入乳酸乙酯塔，塔釜為乳酸，經(jīng)15返回乳酸原料罐，乳酸乙酯塔頂采出水，經(jīng)16外排，塔釜為乳酸乙酯產(chǎn)品，經(jīng)17去產(chǎn)品區(qū)。

采用本發(fā)明的方法，與現(xiàn)有的生產(chǎn)方法相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）酯化速度快，間歇酯化時(shí)，酯化平衡點(diǎn)一般在4~6小時(shí)，算上加料、排料和升溫工序，整個(gè)酯化反應(yīng)工段的周期在6~8小時(shí)，而固定床反應(yīng)器連續(xù)生產(chǎn)，酯化時(shí)間在3~5小時(shí)即可；（2）產(chǎn)品收率高，間歇生產(chǎn)時(shí)，蒸餾工序?yàn)榈玫饺樗嵋阴ギa(chǎn)品，采出過(guò)渡組分，使得產(chǎn)品單次收率在45~55%，而采用連續(xù)塔精餾分離時(shí)，產(chǎn)品單次收率在60~80%；（3）綠色環(huán)保，間歇操作除產(chǎn)生過(guò)渡組分外，還涉及催化劑回收等問(wèn)題，而本方法連續(xù)生產(chǎn)，過(guò)量的醇酸都回用，除反應(yīng)生成水排出外，無(wú)其他污染物；（4）節(jié)能，本方法分離工段的乙醇塔、乳酸塔和乳酸乙酯塔，因?yàn)槿N物料的沸點(diǎn)相差很大，兩兩間相差70~80℃，塔操作回流比低，節(jié)省了蒸汽能耗，降低生產(chǎn)成本；（5）設(shè)備連續(xù)生產(chǎn)，操作簡(jiǎn)單。本發(fā)明的方法具有很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，易于推廣應(yīng)用。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明的范圍并不以具體實(shí)施方式為限，而是由權(quán)利要求的范圍加以限定。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

工藝流程如圖1所示，將乳酸和乙醇按摩爾比2:1、以1.5l/h流速連續(xù)送入裝載有10l固體酸催化劑的固定床反應(yīng)器，反應(yīng)溫度80℃，反應(yīng)壓力為0.2mpa，空速為4h-1。經(jīng)固定床反應(yīng)器的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入粗分塔，粗分塔采用θ環(huán)金屬不銹鋼填料，填料尺寸3×3mm，塔徑80mm，精餾段高度700mm，提餾段高度700mm，回流比0.3，常壓操作，塔頂溫度85℃，塔釜溫度130℃，塔頂以0.45l/h流速采出乙醇和部分水去往乙醇塔，塔釜以1.05l/h流速采出乳酸乙酯、乳酸和部分水去往乳酸塔，乙醇塔采用θ環(huán)金屬不銹鋼填料，填料尺寸3×3mm，塔徑80mm，精餾段高度700mm，提餾段高度700mm，回流比4，常壓操作，塔頂溫度78℃，塔釜溫度95℃，塔頂以0.4l/h流速采出乙醇和水共沸組成，去往乙醇原料罐，塔釜以0.05l/h流速采出水外排，乳酸塔采用θ環(huán)金屬不銹鋼填料，填料尺寸3×3mm，塔徑80mm，精餾段高度700mm，提餾段高度700mm，回流比0.3，塔頂壓力5kpa，塔頂溫度68℃，塔釜溫度130℃，塔頂以0.8l/h流速采出乳酸乙酯和部分水去往乳酸乙酯塔，塔釜以0.25l/h流速采出乳酸，去往乳酸原料罐，乳酸乙酯塔采用θ環(huán)金屬不銹鋼填料，填料尺寸3×3mm，塔徑80mm，精餾段高度700mm，提餾段高度700mm，回流比0.4，塔頂壓力18kpa，塔頂溫度57℃，塔釜溫度105℃，塔頂以0.11l/h流速采出水外排，塔釜以0.69l/h流速采出乳酸乙酯產(chǎn)品，去往產(chǎn)品罐。

實(shí)施例2

工藝流程如圖1所示，將乳酸和乙醇按摩爾比3:1、以1.5l/h流速連續(xù)送入裝載有10l固體酸催化劑的固定床反應(yīng)器，反應(yīng)溫度90℃，反應(yīng)壓力為0.2mpa，空速為3h-1。經(jīng)固定床反應(yīng)器的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入粗分塔，粗分塔采用θ環(huán)金屬不銹鋼填料，填料尺寸3.5×3.5mm，塔徑80mm，精餾段高度700mm，提餾段高度700mm，回流比0.4，常壓操作，塔頂溫度87℃，塔釜溫度133℃，塔頂以0.6l/h流速采出乙醇和部分水去往乙醇塔，塔釜以0.9l/h流速采出乳酸乙酯、乳酸和部分水去往乳酸塔，乙醇塔采用θ環(huán)金屬不銹鋼填料，填料尺寸3.5×3.5mm，塔徑80mm，精餾段高度700mm，提餾段高度700mm，回流比4.5，常壓操作，塔頂溫度78℃，塔釜溫度96℃，塔頂以0.54l/h流速采出乙醇和水共沸組成，去往乙醇原料罐，塔釜以0.06l/h流速采出水外排，乳酸塔采用θ環(huán)金屬不銹鋼填料，填料尺寸3.5×3.5mm，塔徑80mm，精餾段高度700mm，提餾段高度700mm，回流比0.4，塔頂壓力8kpa，塔頂溫度70℃，塔釜溫度133℃，塔頂以0.7l/h流速采出乳酸乙酯和部分水去往乳酸乙酯塔，塔釜以0.2l/h流速采出乳酸，去往乳酸原料罐，乳酸乙酯塔采用θ環(huán)金屬不銹鋼填料，填料尺寸3.5×3.5mm，塔徑80mm，精餾段高度700mm，提餾段高度700mm，回流比0.5，塔頂壓力20kpa，塔頂溫度59℃，塔釜溫度108℃，塔頂以0.1l/h流速采出水外排，塔釜以0.6l/h流速采出乳酸乙酯產(chǎn)品，去往產(chǎn)品罐。