醋酸甲酯催化精馏水解工艺及其设备制造技术

本发明专利技术公开了一种醋酸甲酯催化精馏水解工艺及其设备，其水解工艺为计量配比的水和醋酸甲酯在内填充有阳离子交换树脂的反应区内进行催化水解反应；未水解反应物经冷凝再计量配比后回流入反应区内，产物水解液从塔下蒸馏釜中抽出；水解设备结构为：设备为一圆柱体塔身，其所包含的精馏段内的反应区内填充至少５个以捆扎包方式形成的催化剂结构单元垂直交错而成，因而本发明专利技术能获得３５－９８．５％范围内任一要求的酯分解率。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及醋酸甲酯的非均相催化精馏水解工艺，以及水解工艺所用的催化精馏设备。醋酸甲醋有多种水解方法，如碱解法、酸解法和阳离子交换树脂催化水解法。目前，国内外在聚乙醇生产过程中，醋酸甲酯的水解均系采用阳离子交换树脂催化水解法。该水解法的工艺有两种一为阳离子交换树脂固定床水解工艺，这是国内外现行的一种传统的水解方法；二为阳离子交换树脂非均相催化精馏水解方法，是目前正在研究的一种新的水解工艺。传统的工艺的最主要缺点醋酸甲酯的分解率低，其水酯比为0.95/1.0(摩尔)时，一般约为23-25％，此时水解液中醋酸的浓度约为14％，酸水重量的比约为1.3；由于水解率低，大量未水解的醋酸甲酯需回收循环，故设备庞大且能耗高；水解液中有恒沸物存在，分离装置复杂。现有日本公开专利(8207,259和特开平5-212290)及日本文献(CA，96164550n)报导，日本国醋酸甲酯催化精馏水解尚处于实验室研究阶段，其阳离子交换树脂催化剂在塔中有两种装填方式；其一是把离子交换树脂做成纤维状缠绕在塑料棒上，而后装填在塔中；其二是把离子交换树脂和高密度聚乙烯在加热熔融下模压成圆柱形，而后充填在塔中。这两种方法制作麻烦，催化剂更换回收困难，尤其后者长期使用催化剂会脱落流失，造成损失。其水解工艺系采用高水酯比(摩尔)和高回流比(Kg顶部蒸汽冷凝回流量/Kg醋酸甲酯进料量)达到高分解率的目的，能耗高，难以推广应用。美国专利，公开了与日本国不同的催化剂填充方式，但美国的催化剂填充方式不是在醋酸甲酯催化精馏水解工艺上应用；此填充方式简称“捆扎包方式”，即把催化剂以捆扎包方式填充在塔的反应区。本专利技术的目的是提供一种醋酸甲酯在阳离子交换树脂为催化剂下进行非均相催化精馏水解工艺及其用于此工艺的设备。本专利技术的目的是这样实现的，所述工艺方法特点为计量的醋酸甲酯经预热后进入内填充有水解催化剂凝胶型阳离子交换树脂的催化精馏塔反应区的底部，计量配比后的水经预热后同时从反应区顶部加入，醋酸甲酯和水在反应区内进行水解反应，未水解的醋酸甲酯和水形成最低恒沸物经冷凝再计量后回流入塔中的反应区内，产物水解液从塔下的蒸馏釜中抽出；上述工艺条件为水解温度为55-56℃水和醋酸甲酯的摩尔比为1-6∶1；回流液和进料醋酸甲酯的体积比为1-9.5∶1；空塔速度为每小时每立方米催化剂0.23-0.25立方米。上述的反应条件可根据工艺、设备等要求任一选择，以获取在35-98.5％范围内任一要求的酯分解率。本专利技术的目的所述的用于水解工艺的设备即催化精馏塔，其结构特点为在参考美国专利后再适当改进，具体结构为它包括一个圆柱体形塔身，塔身分为反应精馏段和提馏段，反应精馏段内筛板上填充凝胶型阳离子交换树脂催化剂构成反应区，反应区至少由五个内填充有阳离子交换树脂的结构单元垂直交错叠在塔中形成，所述的结构单元为圆柱体形，外径与塔反应精馏段内径相匹配，此圆柱体形结构单元由长宽尺寸为40-80×8-16毫米的内填充阳离子交换树脂的小袋肩并肩连成波状体与同样大小的压成齿形角为60-120度的波纹状60-80目的不锈钢丝网叠在一起卷成一层小袋一层不锈钢丝网而构成的，不锈钢丝网上每条齿形波纹与丝网边形成30-75度的倾斜角。另外，塔中反应区内包裹阳离子交换树脂的小袋的材质为绢丝布或尼龙布或涤沦布，塔中所用的不锈钢丝网为钼钛不锈钢丝网，小袋的长度为圆柱体形结构单元的高度，小袋中充填阳离子交换树脂催化剂高度是小袋长度的0.6-0.8倍。本专利技术由于醋酸甲酯催化精馏水解所采用的催化剂是用类似捆扎包形式装填在催化精馏塔的反应精馏段的反应区内，因而本专利技术的优点在于反应在所述的工艺条件范围内进行，相应的酯分解率在一个宽范围35％-98.5％变化，因而应用者可根据具体设备、能耗及操作条件选择酯的任一分解率所需的酯分解的工艺要求。下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细描述。附图说明图1为本专利技术的水解工艺流程设备示意图。图2为本专利技术催化精馏塔内结构单元示意图。图3为图2的结构单元截面示意图。图4为构成结构单元的绢丝布缝成若干并排小袋的平面示意图。图5为构成结构单元的不锈钢丝网各齿形波纹排列平面示意图。图6为图5中每条齿形波纹的结构示意图。如图1、图2、图3、图4和图5及图6所示，催化精馏塔结构为上段为反应精馏段15，下段为提馏段16。反应精馏段其材质为耐热玻璃，塔径为25mm，塔高为900mm，内填充有一定数量的填充凝胶型阳离子交换树脂的结构单元17，高度为460-690mm。提馏段16材质为耐热玻璃；塔径为25mm，塔高为840mm，塔中内填充有用钼钛不锈钢丝网(丝径0.15mm，60目)制成的2.5×2.50环填料，填充高243-486mm。塔中催化剂结构单元中的小袋材质为绢丝布或尼龙布或涤纶布，起支架和气体通道作用的齿形波纹状的不锈钢丝网的规格为0.15丝径、60目的钼钛不锈钢丝网；所用催化剂为凝胶型阳离子交换树脂，本专利技术的实例中采用SK-IA型，本专利技术的实例所用的催化精馏塔的反应区其具体结构为下述制作而成用绢丝布缝成9个长55mm，宽12mm的小袋18，袋中充适量的凝胶型阳离子交换树脂，9个小袋连成一片构成波状体19，与同样大小的压成峰高为4.3mm齿形角为81度波纹状钼钛不锈钢丝网92一起卷成一层布袋一层金属丝网的圆柱体，圆柱体外径和塔8内径相同为25mm，丝网中齿形波纹平行排列且与底边90或91构成45度倾斜度。每个圆柱体为一结构单元17，塔中的反应精馏段15的反应区由19个结构单元垂直交错重叠而成，反应区长度为660mm，从而上下相邻圆柱体结构单元中波纹丝网的齿形波纹走向交错，以增加气液流体的湍流程度，使气液充分接触。本专利技术的实例1-9均在上述催化精馏塔中反应采用如下工艺醋酸甲酯由微型计量泵2经预热后进入塔的反应区的底部，按一定配比的水由微型计量泵13经预热后从反应区顶部加入，未水解的醋酸甲酯和水形成最低恒沸物进入塔顶冷凝器7，冷凝液经计量后全部回流入塔。水解液从蒸馏釜抽出，此蒸馏釜采用250mm带温度计的三口烧瓶10，用电热套加热，水解液的组成与酯的分解率由岛津气相色谱仪测试得。水解温度为55-56度。具体的水酯比、空塔速度、回流比及所得的酯的分解物和产率以及酯的分解率详见下表实验实例权利要求1.一种醋酸甲酯催化精馏水解工艺，其特征在于计量的醋酸甲酯经预热后进入填充有水解催化剂凝胶型阳离子交换树脂的催化精馏塔反应区的底部，计量配比后的水经预热后同时从反应区顶部加入，醋酸甲酯和水在反应区内进行水解反应，未水解的醋酸甲酯和水形成最低恒沸物经冷凝再计量后回流入塔中的反应区内，产物水解液从塔下的蒸馏釜中抽出；上述工艺条件为水解温度为55-56℃水和醋酸甲酯的摩尔比为1-6∶1；回流液和进料酯的体积比1-9.5∶1；空塔速度为每小时每立方催化剂0.23-0.55立方米。2.一种用于权利要求1方法的催化精馏塔，包括一个圆柱体形塔身(8)，塔分为反应精馏段(15)和提馏段(16)，反应精馏段内筛板上填充有凝胶型阳离子交换树脂构成反应区，其特征在于反应区至少由五个内填充有阳离子交换树脂的结构单元(17)垂直交错叠在塔中形成，所述的结构单元为圆柱体形，外径与塔反应精馏段内径相匹配，此圆柱体形结构单元由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种醋酸甲酯催化精馏水解工艺，其特征在于计量的醋酸甲酯经预热后进入填充有水解催化剂凝胶型阳离子交换树脂的催化精馏塔反应区的底部，计量配比后的水经预热后同时从反应区顶部加入，醋酸甲酯和水在反应区内进行水解反应，未水解的醋酸甲酯和水形成最低恒沸物经冷凝再计量后回流入塔中的反应区内，产物水解液从塔下的蒸馏釜中抽出；上述工艺条件为：水解温度为５５－５６℃；水和醋酸甲酯的摩尔比为１－６∶１；回流液和进料酯的体积比１－９．５∶１；空塔速度为每小时每立方催化剂０．２３－０．５５立方米。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：王良恩，刘家祺，苏文瑞，赵之山，郑文华，张金柳，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：35[中国|福建]