本發(fā)明屬于精餾技術(shù)領(lǐng)域，涉及乙酯異丙酯的生產(chǎn)方法，具體地說(shuō)，涉及一種熱泵分隔壁反應(yīng)精餾塔制備乙酸異丙酯的裝置。

背景技術(shù)：

乙酸異丙酯是一種重要的羧酸酯類(lèi)產(chǎn)品，它應(yīng)用廣泛。它是合成樹(shù)脂和涂料的原料，也可以用作某些香料組分，脫水劑、涂料的溶劑，印刷油墨的溶劑，并且可以作為提取劑應(yīng)用到一些藥物合成的工藝中。乙酸異丙酯有“萬(wàn)能溶劑”之稱(chēng)，可以與醇、酮、醚類(lèi)等有機(jī)溶劑混溶。

目前合成乙酸異丙酯的生產(chǎn)工藝主要有三種，一種方法就是乙酸與異丙醇為原料，在強(qiáng)酸性催化劑的作用下直接酯化生成乙酸異丙酯，如CN103214367所公開(kāi)的方法，此法以濃硫酸做催化劑，由于催化劑易得，價(jià)格低，但其主要缺點(diǎn)是裝置易腐蝕、易污染環(huán)境、產(chǎn)品復(fù)雜難分離，反應(yīng)后有等摩爾質(zhì)量的水產(chǎn)生，后處理流程較長(zhǎng)。另一種方法是采用乙酸和丙烯直接合成乙酸異丙酯，如CN102757341所公開(kāi)的方法。該方法縮短了反應(yīng)流程，節(jié)省了原料的消耗，酸與烯烴直接酯化是一個(gè)分子的酸與一個(gè)分子丙烯發(fā)生反應(yīng)，生成一分子的乙酸異丙酯，反應(yīng)中沒(méi)有其余的副產(chǎn)物產(chǎn)生，但該工藝也存在不足之處，反應(yīng)中會(huì)發(fā)生烯烴的低聚物累積，造成后續(xù)分離過(guò)程困難。

在聚乙烯醇生產(chǎn)工藝中，作為副產(chǎn)物的乙酸甲酯產(chǎn)量非常大。每生產(chǎn)一噸聚乙烯醇約產(chǎn)生1.68噸的乙酸甲酯。乙酸甲酯利用價(jià)值不高，因此需要將其轉(zhuǎn)化成更有價(jià)值的酸或酯。乙酸甲酯水解能耗較高，限制了其應(yīng)用。若改用與異丙醇酯交換法回收醋酸甲酯，在生產(chǎn)節(jié)能與經(jīng)濟(jì)效益上有明顯的優(yōu)勢(shì)。CN104945251A提出一種以乙酸甲酯與異丙醇為原料，酯交換法合成乙酸異丙酯的反應(yīng)精餾工藝。

雖然酯交換法合成乙酸異丙酯的反應(yīng)精餾工藝可以得到應(yīng)用價(jià)值更高的酯類(lèi)，但其較高的能耗也成為此法在工業(yè)中廣泛應(yīng)有面臨的問(wèn)題之一。專(zhuān)利CN105017019提出了一種采用高壓反應(yīng)精餾塔和常壓乙酸甲酯回收塔進(jìn)行熱集成生成乙酸異丙酯的節(jié)能工藝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)上述技術(shù)存在的不足，提出一種以乙酸甲酯與異丙醇為原料，酯交換法合成乙酸異丙酯的熱泵分隔壁反應(yīng)精餾塔，該工藝集合了熱泵精餾和分隔壁反應(yīng)精餾的特點(diǎn)，具有能耗低，產(chǎn)品純度高的優(yōu)點(diǎn)。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種乙酸異丙酯熱泵分隔壁反應(yīng)精餾塔，具有分隔壁的主塔、塔頂冷凝器，塔釜乙酸異丙酯再沸器、塔釜甲醇再沸器，主塔內(nèi)部分為反應(yīng)分離區(qū)域，甲醇回收區(qū)域和塔頂分離區(qū)域。反應(yīng)分離區(qū)域和甲醇回收區(qū)域位于精餾塔的中下部，兩者通過(guò)豎直的隔板分隔開(kāi)來(lái)，豎直的隔板下端與精餾塔底部連接，上端延伸到塔頂分離區(qū)域下方。

塔頂分離區(qū)域頂部向外連接蒸汽管，蒸汽管一分為二，一根連接壓縮機(jī)，另一根連接塔頂冷凝器；反應(yīng)分離區(qū)域的精餾塔外部連接有原料異丙醇進(jìn)料管和原料乙酸甲酯進(jìn)料管，反應(yīng)分離區(qū)域的底部設(shè)有出料管，出料管一分為二，一根連接乙酸異丙酯再沸器再連接反應(yīng)分離區(qū)域，另一根采出乙酸異丙酯；甲醇回收區(qū)域的底部設(shè)有出料管，出料管一分為二，一根連接甲醇再沸器再連接甲醇回收區(qū)域，另一根采出甲酯。

反應(yīng)分離區(qū)域中部填充反應(yīng)催化劑，上、下部填充高效規(guī)整填料或塔板，起到精餾分離作用；塔頂分離區(qū)域和甲醇回收區(qū)域填充高效規(guī)整填料或塔板，起到精餾分離作用。

利用上述熱泵分隔壁反應(yīng)精餾塔制備乙酸異丙酯的方法，按照下述步驟進(jìn)行：異丙醇和乙酸甲酯分別進(jìn)入分隔壁反應(yīng)精餾塔的反應(yīng)分離區(qū)域與催化劑接觸進(jìn)行反應(yīng)分離，甲醇和乙酸甲酯的汽相混合物由塔頂分離區(qū)域流出，汽相混合物分為兩股，一股經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后給反應(yīng)分離區(qū)域底部提供再沸熱量，再給甲醇回收區(qū)域底部提供再沸熱量，然后經(jīng)過(guò)節(jié)流閥后與另一股汽相混合物混合，經(jīng)過(guò)塔頂冷凝器冷凝后一部分回流塔內(nèi)，另一部分與原料乙酸甲酯混合重新返回反應(yīng)分離段。目標(biāo)產(chǎn)物高純度的乙酸異丙酯由反應(yīng)分離區(qū)域下部采出，甲醇由甲醇回收區(qū)域下部采出。

所述的催化劑是固體酸催化劑，可為Amberlyst-15、Amberlyst-35、Amberlyst-46等強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。

熱泵分隔壁反應(yīng)精餾塔操作壓力為100～600kPa，塔頂分離區(qū)域塔頂操作溫度為50～80℃，理論板數(shù)為5～15塊，反應(yīng)分離區(qū)域底部溫度為90～150℃，其中精餾段9～12塊板，反應(yīng)段40～60塊板，反應(yīng)段填裝固體催化劑，提餾段10～15塊板。甲醇回收區(qū)域操作溫度為64～72℃，理論板數(shù)為5～15塊。

具體步驟如下：

異丙醇和乙酸甲酯分別進(jìn)入熱泵分隔壁反應(yīng)精餾塔的反應(yīng)分離區(qū)域，高沸點(diǎn)的反應(yīng)物異丙醇從反應(yīng)分離區(qū)域上部進(jìn)料，低沸點(diǎn)的乙酸甲酯和從塔頂冷凝器返回的乙酸甲酯與甲醇混合物混合，從反應(yīng)分離區(qū)域下部進(jìn)料，兩原料在固體催化劑作用下在反應(yīng)分離區(qū)域發(fā)生酯交換反應(yīng)，生成目標(biāo)產(chǎn)物乙酸異丙酯和副產(chǎn)物甲醇，其中目標(biāo)產(chǎn)物乙酸異丙酯經(jīng)反應(yīng)分離區(qū)域進(jìn)一步分離后，從反應(yīng)分離區(qū)域底部采出。其它組分進(jìn)入塔頂分離區(qū)域進(jìn)一步分離，在塔頂分離區(qū)域頂部得到的甲醇和乙酸甲酯的汽相混合物分為兩股，一股經(jīng)壓縮機(jī)壓縮提高壓力溫度后進(jìn)入乙酸異丙酯再沸器與反應(yīng)分離區(qū)域底部物流換熱，提供再沸熱量，然后進(jìn)入甲醇再沸器與甲醇回收區(qū)域底部物流換熱，再經(jīng)過(guò)節(jié)流閥后與另一股汽相混合物混合，經(jīng)過(guò)冷凝后一部分回流回塔頂分離區(qū)域，另一部分與原料乙酸甲酯混合重新返回反應(yīng)分離區(qū)域。在熱泵分隔壁反應(yīng)精餾塔的甲醇回收區(qū)域，甲醇與未反應(yīng)的乙酸甲酯分離進(jìn)一部分離，甲醇回收區(qū)域底部得到高純度的甲醇。整個(gè)過(guò)程塔頂蒸汽通過(guò)壓縮機(jī)與乙酸異丙酯再沸器和甲醇再沸器完成了熱量的耦合，該工藝不再需要外界提供熱公用工程，節(jié)省了能量。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的效果在于：在熱泵分隔壁反應(yīng)精餾塔中實(shí)現(xiàn)高純度的乙酸異丙酯的生產(chǎn)，通過(guò)塔內(nèi)氣液相流股的能量耦合，充分利用塔頂氣體的潛熱，經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)加壓升溫后，同時(shí)給分隔壁反應(yīng)精餾塔兩個(gè)塔底再沸器供熱，不需要外部熱源提供熱的能量，極大地降低了能耗。同時(shí)，將傳統(tǒng)的反應(yīng)精餾和后續(xù)分離提純工藝的多塔整合到一座分隔壁反應(yīng)精餾塔中，節(jié)省了設(shè)備投資。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的熱泵分隔壁反應(yīng)精餾塔裝置結(jié)構(gòu)和工藝流程。

圖中標(biāo)號(hào)如下：1－分隔壁反應(yīng)精餾塔，2－塔頂分離區(qū)域，3－乙酸異丙酯回收區(qū)域，4－甲醇回收區(qū)域，5－乙酸異丙酯再沸器，6－甲醇再沸器，7－塔頂冷凝器，8－壓縮機(jī)，9－節(jié)流閥，10－原料異丙醇進(jìn)料管，11－原料乙酸甲酯進(jìn)料管，12－分隔壁反應(yīng)精餾塔塔頂蒸汽管，13－壓縮機(jī)汽相進(jìn)料管，14－乙酸異丙酯再沸器蒸汽進(jìn)料管，15－節(jié)流閥出料管，16－塔頂冷凝器進(jìn)料管，17－塔頂回流管，18－分隔壁反應(yīng)精餾塔塔頂采出循環(huán)管，19－乙酸異丙酯回收區(qū)域底部采出管，20－甲醇回收區(qū)域塔釜采出。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的敘述：

如圖1所示：本發(fā)明的乙酸異丙酯熱泵分隔壁反應(yīng)精餾塔包括具有分隔壁的主塔1、塔頂冷凝器7，乙酸異丙酯再沸器6、甲醇再沸器5，主塔內(nèi)部分為塔頂分離區(qū)域2，反應(yīng)分離區(qū)域3和甲醇回收區(qū)域4。反應(yīng)分離區(qū)域3和甲醇回收區(qū)域4位于精餾塔的中下部，兩者通過(guò)豎直的隔板分隔開(kāi)來(lái)，豎直的隔板下端與精餾塔塔釜連接，上端延伸到塔頂分離區(qū)域2下方。

塔頂分離區(qū)域2頂部向外連接蒸汽管，蒸汽管一分為二，一根連接壓縮機(jī)8，另一根連接塔頂冷凝器7；反應(yīng)分離區(qū)域3的精餾塔外部連接有原料異丙醇進(jìn)料管和原料乙酸甲酯進(jìn)料管，反應(yīng)分離區(qū)域3的底部設(shè)有出料管，出料管一分為二，一根連接反應(yīng)分離區(qū)域3底部的乙酸異丙酯再沸器5再連接反應(yīng)分離區(qū)域，另一根采出乙酸異丙酯；甲醇回收區(qū)域4的底部設(shè)有出料管，出料管一分為二，一根連接甲醇回收區(qū)域4底部的甲醇再沸器6再連接甲醇回收區(qū)域，另一根采出甲酯。

反應(yīng)分離區(qū)域Ⅱ中部填充反應(yīng)催化劑，上、下部填充高效規(guī)整填料或塔板，起到精餾分離作用；塔頂分離區(qū)域2和甲醇回收區(qū)域4填充高效規(guī)整填料或塔板，起到精餾分離作用。

本發(fā)明所采用的熱泵分隔壁反應(yīng)精餾塔制備乙酸異丙酯的工藝流程為：原料異丙醇和乙酸甲酯分別進(jìn)入熱泵分隔壁反應(yīng)精餾塔RDWC的反應(yīng)分離區(qū)域3，高沸點(diǎn)的反應(yīng)物異丙醇從反應(yīng)分離區(qū)域3上部進(jìn)料，低沸點(diǎn)的乙酸甲酯和從塔頂冷凝器7返回的乙酸甲酯與甲醇混合物混合，從反應(yīng)分離區(qū)域3下部進(jìn)料，兩原料在固體催化劑作用下在反應(yīng)分離區(qū)域3發(fā)生酯交換反應(yīng)，生成目標(biāo)產(chǎn)物乙酸異丙酯和副產(chǎn)物甲醇，其中目標(biāo)產(chǎn)物乙酸異丙酯經(jīng)反應(yīng)分離區(qū)域3進(jìn)一步分離后，從反應(yīng)分離區(qū)域塔底部采出。其它組分進(jìn)入塔頂分離區(qū)域2進(jìn)一步分離，從塔頂分離區(qū)域2頂部得到的甲醇和乙酸甲酯的汽相混合物分為兩股，一股經(jīng)壓縮機(jī)8壓縮，提高壓力溫度后進(jìn)入乙酸異丙酯再沸器5與反應(yīng)分離區(qū)域Ⅱ底部物流換熱，為反應(yīng)分離區(qū)域Ⅱ提供再沸熱量，再進(jìn)入甲醇再沸器6與甲醇回收區(qū)域4底部物流換熱，為甲醇回收區(qū)域4提供再沸熱量，然后經(jīng)過(guò)節(jié)流閥9與另一股汽相混合物混合，經(jīng)過(guò)塔頂冷凝器7冷凝后一部分回流塔頂分離區(qū)域2，另一部分與原料乙酸甲酯混合重新返回反應(yīng)分離區(qū)域3。在熱泵分隔壁反應(yīng)精餾塔1的甲醇回收區(qū)域4，甲醇與未反應(yīng)的乙酸甲酯進(jìn)一部分離，甲醇回收區(qū)域Ⅲ底部采出高純度的甲醇。

實(shí)施例1

采用附圖1所示的工藝流程，所采用的熱泵分隔壁反應(yīng)精餾塔1為直徑800mm,45米的填料塔，塔頂分離區(qū)域2內(nèi)裝規(guī)整填料5米，理論板數(shù)為10塊；反應(yīng)分離區(qū)域3內(nèi)裝規(guī)整填料35米，理論板數(shù)為74塊，其中精餾段9塊板，反應(yīng)段43塊板，反應(yīng)段填裝固體催化劑，所用催化劑為Amberlyst-15強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，提餾段12塊板。甲醇回收區(qū)域4內(nèi)設(shè)內(nèi)裝規(guī)整填料5米，熱泵分隔壁反應(yīng)精餾塔1操作壓力為1atm，塔頂分離區(qū)域2頂部溫度為54℃，反應(yīng)分離區(qū)域3底部溫度為91℃，甲醇回收區(qū)域4底部溫度為65℃。

原料異丙醇以300kg/h從反應(yīng)分離區(qū)域3上部進(jìn)料，低沸點(diǎn)的乙酸甲酯370kg/h和從塔頂分離區(qū)域2塔頂冷凝器7返回的乙酸甲酯與甲醇混合物369kg/h混合，從反應(yīng)分離區(qū)域3下部進(jìn)料，兩原料在Amberlyst-15強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂作用下在反應(yīng)分離區(qū)域3發(fā)生酯交換反應(yīng)，生成目標(biāo)產(chǎn)物乙酸異丙酯和副產(chǎn)物甲醇，其中目標(biāo)產(chǎn)物乙酸異丙酯經(jīng)反應(yīng)分離區(qū)域3進(jìn)一步分離后，從反應(yīng)分離區(qū)域3底部采出，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.7％的乙酸異丙酯510kg/h。其它組分進(jìn)入塔頂分離區(qū)域2進(jìn)一步分離，從塔頂分離區(qū)域2塔頂?shù)玫降募状己鸵宜峒柞サ钠嗷旌衔锓譃閮晒桑还山?jīng)壓縮機(jī)8壓縮，提高壓力溫度后進(jìn)入乙酸異丙酯再沸器5與反應(yīng)分離區(qū)域3底部物流換熱，為反應(yīng)分離區(qū)域3提供再沸熱量，再進(jìn)入甲醇再沸器6與甲醇回收區(qū)域4底部物流換熱，為甲醇回收區(qū)域4提供再沸熱量，然后經(jīng)過(guò)節(jié)流閥9與另一股汽相混合物混合，經(jīng)過(guò)塔頂冷凝器E3冷凝后一部分回流塔頂分離區(qū)域2，另一部分與原料乙酸甲酯混合重新返回反應(yīng)分離區(qū)域3。在熱泵分隔壁反應(yīng)精餾塔1的甲醇回收區(qū)域4，甲醇與未反應(yīng)的乙酸甲酯進(jìn)一部分離，甲醇回收區(qū)域4底部采出質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.5％的甲醇161kg/h，壓縮機(jī)8能耗為88kW，塔頂冷凝器7能耗為-72kW,反應(yīng)分離區(qū)域3底部乙酸異丙酯再沸器和甲醇回收區(qū)域4底部甲醇再沸器均不需要外加熱工用工程。

實(shí)施例2

采用附圖1所示的工藝流程，所采用的熱泵分隔壁反應(yīng)精餾塔1為直徑800mm,高50米的填料塔，塔頂分離區(qū)域2內(nèi)設(shè)塔板10塊；反應(yīng)分離區(qū)域3內(nèi)塔板數(shù)為76塊，其中精餾段10塊板，反應(yīng)段44塊板，反應(yīng)段填裝固體催化劑，所用催化劑為Amberlyst-15強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，提餾段12塊板。甲醇回收區(qū)域4內(nèi)設(shè)塔板6塊，熱泵分隔壁反應(yīng)精餾塔1操作壓力為2atm，塔頂分離區(qū)域2頂部溫度為73℃，反應(yīng)分離區(qū)域3底部溫度為113℃，甲醇回收區(qū)域4底部溫度為83℃.

原料異丙醇以300kg/h從反應(yīng)分離區(qū)域3上部進(jìn)料，低沸點(diǎn)的乙酸甲酯370kg/h和從塔頂分離區(qū)域2塔頂冷凝器7返回的乙酸甲酯與甲醇混合物352kg/h混合，從反應(yīng)分離區(qū)域3下部進(jìn)料，兩原料在Amberlyst-15強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂作用下在反應(yīng)分離區(qū)域3發(fā)生酯交換反應(yīng)，生成目標(biāo)產(chǎn)物乙酸異丙酯和副產(chǎn)物甲醇，其中重組份乙酸異丙酯經(jīng)反應(yīng)分離區(qū)域3進(jìn)一步分離后，從反應(yīng)分離區(qū)域3底部采出，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.6％的乙酸異丙酯510kg/h。其它組分進(jìn)入塔頂分離區(qū)域2進(jìn)一步分離，從塔頂分離區(qū)域2頂部得到的甲醇和乙酸甲酯的汽相混合物分為兩股，一股經(jīng)壓縮機(jī)8壓縮，提高壓力溫度后進(jìn)入乙酸異丙酯再沸器5與反應(yīng)分離區(qū)域3底部物流換熱，為反應(yīng)分離區(qū)域3提供再沸熱量，再進(jìn)入甲醇再沸器6與甲醇回收區(qū)域Ⅲ底部物流換熱，為甲醇回收區(qū)域4提供再沸熱量，然后經(jīng)過(guò)節(jié)流閥9與另一股汽相混合物混合，經(jīng)過(guò)塔頂冷凝器7冷凝后一部分回流塔頂分離區(qū)域2，另一部分與原料乙酸甲酯混合重新返回反應(yīng)分離區(qū)域3。在熱泵分隔壁反應(yīng)精餾塔1的甲醇回收區(qū)域4，甲醇與未反應(yīng)的乙酸甲酯進(jìn)一部分離，甲醇回收區(qū)域4底部采出質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.5％的甲醇161kg/h，壓縮機(jī)8能耗為112kW，塔頂冷凝器7能耗為-86kW,反應(yīng)分離區(qū)域3底部乙酸異丙酯再沸器和甲醇回收區(qū)域4底部甲醇再沸器均不需要外加熱工用工程。