一种高沸点丁酯的生产装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种高沸点丁酯的生产装置，包括3～5个串联设置的酯化釜以及酯化脱水塔、冷凝器和分相器，酯化釜的气相出口均连接酯化脱水塔；酯化脱水塔气相出口连接冷凝器，冷凝器连接分相器，分相器的有机相出口连接至酯化脱水塔，分相器的水相出口连接换热器，换热器与酯化水回收塔的入口连接，酯化水回收塔的气相出口与冷凝器连接，底部废水出口与换热器连接，节省了部分加热酯化水的能耗。

A Production Device for Butyl Ester with High Boiling Point

The utility model discloses a production device for high boiling point butyl ester, which comprises 3 to 5 esterification kettles in series and esterification dehydration tower, condenser and phase separator. The gas phase outlet of esterification kettle is connected with esterification dehydration tower; the gas phase outlet of esterification dehydration tower is connected with condenser, condenser is connected with phase separator, the organic phase outlet of phase separator is connected with esterification dehydration tower, and the water phase of phase separator is separated. The heat exchanger is connected with the entrance of the esterification water recovery tower, the gas outlet of the esterification water recovery tower is connected with the condenser, and the bottom wastewater outlet is connected with the heat exchanger, which saves the energy consumption of heating the esterification water.

【技术实现步骤摘要】
一种高沸点丁酯的生产装置
本技术涉及有机化学合成
，尤其是一种高沸点丁酯的生产装置。
技术介绍
高沸点丁酯是指沸点高（在0.1013MPa时，沸点大于250℃）、分子量较大（一般在230以上）的有机物，包括高碳羧酸、二元羧酸和多元羧酸的丁酯（包括异丁酯，下文统称丁酯）等，一般是由相应的羧酸和丁醇（包括异丁醇或它们的混合醇(下文统称丁醇）经酯化反应而制得。高沸点丁酯主要用作高分子材料的添加剂、加工助剂和增塑剂等。酯化反应是一个可逆反应，为了加快反应速度并使反应容易进行到底，除了使用催化剂外，丁醇必须过量，并通过丁醇与水共沸的原理，在塔顶得到含一定比例的水的共沸物，经冷凝器冷凝再经分相器分层后，上层的丁醇回流入塔中，下层的水逐步排出，达到酯化完全的目的。中国专利ZL201510302549公开了一种连续酯化合成柠檬酸三正丁酯系统及其合成方法，使用连续法代替间歇法生产柠檬酸三正丁酯，解决了间歇法生产过程中为了维持塔的分离效率，需要消耗大量能量，酯化效率低等问题，但此连续化生产工艺仍耗能较高，原因有二。第一：在高沸点丁酯生产的过程中，一般以丁醇作带水剂，以正丁醇为例，正丁醇与水的共沸点为92.7℃，共沸物中正丁醇57.5%、水42.5%，经冷凝至20℃左右时，上下层体积比为71.5︰28.5，其中上层为含水20%的正丁醇，下层为含正丁醇7.8%的水。如果冷却回流液温度较高，则正丁醇中的含水率更高，而水中的正丁醇则稍低。同时，回流液是动态的，还会有少部分微小水珠未完全从正丁醇中分离干净，所以塔顶回流的正丁醇液中所含的水会大于20%，回流入塔中再行汽化，则要消耗大量的能量，因此以丁醇为带水剂用于丁醇酯化反应能耗较高。第二：原有的回收设备在回收含丁醇7.8%的酯化废水内的丁醇时，由于丁醇与水共沸物中水的比例占到42.5%，且回收时一次性只能得到80%的丁醇（含水20%），需再进行第二次回收才能得到无水丁醇，因此在生产时，丁醇的回收也会消耗较多的能量。另外，利用丁醇作为带水剂，下层的丁醇水溶液的COD值（化学需氧量）较高，回收酯化水中的有机物需要更多的能源。许多文献和专利中提及，可以在丁醇酯化时加入苯、甲苯或环己烷作带水剂的，其中，苯和甲苯毒性较大，假如有微量残留就会影响产品的安全性能；而环己烷的沸点仅80.7℃，挥发性较大，难以控制废气排放口的VOC的浓度和总量。
技术实现思路
本申请人针对上述现有连续化生产中能量消耗高、酯化废水中COD值高等缺点，提供一种高沸点丁酯的生产装置，进一步完善连续化生产工艺，实现绿色环保、节能降耗的目的。本技术所采用的技术方案如下：一种高沸点丁酯的生产装置，包括3～5个串联设置的酯化釜以及酯化脱水塔、冷凝器和分相器，酯化釜的气相出口均连接酯化脱水塔；酯化脱水塔气相出口连接冷凝器，冷凝器连接分相器，分相器的有机相出口连接至酯化脱水塔，分相器的水相出口连接换热器，换热器与酯化水回收塔的入口连接，酯化水回收塔的气相出口与冷凝器连接，底部废水出口与换热器连接。作为上述技术方案的进一步改进：在所述酯化水回收塔的内部设置蒸汽加热器；所述酯化脱水塔可以是填料塔或板式塔。一种高沸点丁酯的生产工艺，包括如下步骤：（1）等摩尔-OH和-COOH比例的丁醇和羧酸在溶解釜内溶解混合，加入羧酸的1.0～1.2%的催化剂；（2）向第一个酯化釜1加入预估反应物总量的20～30%的过量丁醇，并加入甲基环己烷；（3）溶解釜内的反应物进入第一个酯化釜1，并逐步溢流顺次进入串联的酯化釜，多个酯化釜的反应温度由105～112度依次升高，最高至130～140度；（4）在酯化脱水塔内共沸至塔顶，经冷凝器冷凝后进入分相器，分相器分层后，上层的二元-三元共沸物回流至酯化脱水塔继续带水，塔底的回流物进入第一个酯化釜；（5）分相器底部排出的酯化废水经与酯化水回收塔塔底排出的废水热交换后从酯化水回收塔塔顶进入，酯化水回收塔塔顶回收的有机气体进入酯化脱水塔的冷凝器冷却回收；（6）从最后一个酯化釜出来的粗酯液经过后处理即得到高沸点丁酯。作为上述技术方案的进一步改进：所述甲基环己烷的加入体积为分相器油层体积的75～85%。所述后处理包括脱醇、中和、水洗、脱水、脱色、过滤操作。所述酯化脱水塔全回流，塔板数为35～45。所述催化剂为甲苯磺酸。所述溶解釜为两个，一个正常向酯化系统供料，另一个投入酸、丁醇和催化剂进行溶解混合。串联设置的每个酯化釜之间的液位差为300～500mm，每釜的温度相差12～14℃。所述高沸点丁酯的生产工艺全程采用DCS控制。表1为丁醇-水-甲基环己烷的二元共沸物的共沸温度和组分占比，丁醇-水-甲基环己烷的三元共沸物的共沸点约85℃左右，共沸物组成以甲基环己烷为主，水分大于20%。表1丁醇-水-甲基环己烷的二元共沸数据根据装置产能大小确定酯化脱水塔的直径和酯化釜的总的有效容积，酯化脱水塔的塔板数在35~45块左右。在多釜串联共用一个酯化脱水塔的情况下，各釜间的反应物浓度依次递减，而产品（或半成品）的浓度依次增加。由于共用一个酯化脱水塔，所以对各釜的蒸发量并没有严格要求，保持各釜内物料的相应的百分浓度，维持其相应的反应速度，在确保酯化反应生成的水能及时分离出去，可适当降低后段酯化釜的蒸发量，起到节约能源的作用。平衡各釜的蒸发量，调节酯化脱水塔的总的回流量，同步回收酯化水中的有机物，使塔的总蒸发量和回流量稳定维持在一个很窄的区间，达到最佳的反应效果，最后一釜排出的粗酯达到理想的酯含量和酸值，同时通过控制蒸汽加热器的温度控制酯化水回收塔塔釜温度，使酯化水回收塔底部排出的废水COD浓度控制在2000mg/L以下。所得的酯化产物称为粗酯或半成品，进行下一部处理，常规的方法是脱醇（脱去过量的丁醇，脱去的醇送前面酯化系统回用）、中和（去除催化剂和少量未完全反应的酸）、水洗（去除中和产生的盐分）、脱水、过滤（加入少量活性炭）或精馏（常压下沸点低于300℃的酯类可采用的工艺），即可得到高沸点丁酯。以上各工段，各工作点（进料量、温度、液位、压力、蒸汽流量、出料量等）均采用DCS控制，达到连续化节能环保的绿色生产工艺。整个生产过程，仅是固体物投料（如多元酸、活性炭）和过滤工段需工人现场操作。本技术的有益效果如下：目前，没有人使用甲基环己烷作为带水剂，也无相关共沸情况的资料可查，本技术首次采用甲基环己烷作为带水剂，甲基环己烷本身毒性低，其沸点为100.9℃，经实验测定它与正丁醇的共沸点为95.9℃（丁醇占20%，甲基环己烷占80%），其比蒸发热322.17×103J/kg，大大小于正丁醇的比蒸发热581.99×103JJ/kg，在体系中有水产生时，很容易与水形成丁醇-甲基环己烷-水的二元-三元共沸物。共沸物组成以甲基环己烷为主，水分大于20%。由于甲基环己烷几乎不溶于水，所以二元-三元共沸物冷凝后很容易分层，且上层回流液中的含水量在1%左右，比丁醇的回流液中含水20%要小得多，因此无需重新汽化回收，消耗能量就少，同时，下层的水的COD值为12万mg/L左右，比丁醇水溶液的COD值20万mg/L要低40%左右，由于酯化水中的有机物含量少，所以回收酯化水所需的能源也较少。本技术在酯化脱水塔旁附加设立一个酯化水回收塔，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高沸点丁酯的生产装置，其特征在于：包括3~5个串联设置的酯化釜（1）以及酯化脱水塔（2）、冷凝器（3）和分相器（4），酯化釜（1）的气相出口均连接酯化脱水塔（2）；酯化脱水塔（2）气相出口连接冷凝器（3），冷凝器（3）连接分相器（4），分相器（4）的有机相出口连接至酯化脱水塔（2），分相器（4）的水相出口连接换热器（5），换热器（5）与酯化水回收塔（6）的入口连接，酯化水回收塔（6）的气相出口与冷凝器（3）连接，底部废水出口与换热器（5）连接。

【技术特征摘要】
1.一种高沸点丁酯的生产装置，其特征在于：包括3~5个串联设置的酯化釜（1）以及酯化脱水塔（2）、冷凝器（3）和分相器（4），酯化釜（1）的气相出口均连接酯化脱水塔（2）；酯化脱水塔（2）气相出口连接冷凝器（3），冷凝器（3）连接分相器（4），分相器（4）的有机相出口连接至酯化脱水塔（2），分相器（4）...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建安，陈平，王明，邵平，周永芳，
申请(专利权)人：江苏雷蒙新材料有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32