[发明专利]一种生产乙酰丙酸乙酯的塔内反应精馏与膜耦合工艺方法及装置

说明书

本发明涉及一种生产乙酰丙酸乙酯的塔内反应精馏与膜耦合工艺方法及装置，乙酰丙酸与乙醇分别从反应段的上进料口和下进料口进入到反应精馏塔中，在反应段中生成乙酰丙酸乙酯和水，水与乙醇形成了塔内上升气相，乙酰丙酸与乙酰丙酸乙酯形成了塔内下降的液相；成气相的水与乙醇以及水与乙醇共沸物通过膜组件时，在压力差作用下，气相中的水分子渗透进入膜管内部，而后被脱除，乙醇与未脱除的水则继续上升经过反应段、精馏段、冷凝器，部分采出，部分回流；成液相的乙酰丙酸与乙酰丙酸乙酯由上至下流动时，由于遮液板与积液盘的阻隔，不能直接通过膜组件，而是由侧边液相导流进入膜组件下方的反应段中。工艺流程简单，能耗低，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于化工生产工艺及设备技术领域，主要涉及一种生产乙酰丙酸乙酯的塔内反应精 馏与膜耦合工艺方法及装置。

背景技术

乙酰丙酸乙酯是乙酰丙酸的主要衍生物，它含有一个羰基和一个酯基，能够进行多种反应， 比如水解、还原、缩合、亲核加成等，具有良好的反应优势。乙酰丙酸乙酯是重要的医药以及 化工原料，还可以用于溶剂、香料、油品添加剂和增塑剂等行业。乙酰丙酸乙酯是重要的燃料 油添加剂，在柴油中添加适量的乙酰丙酸乙酯，可以有效地改善其动力和环保性能，显著提高 其润滑性。由于乙酰丙酸乙酯有着较高的含氧量，因此它作为一种燃油添加剂，可以显著的降 低CO以及氮氧化物的排放。作为一种新型的极具潜力的绿色化合物，乙酰丙酸乙酯有着广阔 的应用前景。

目前，乙酰丙酸乙酯的制备方法主要有三种，包括生物质酸催化醇解法，糠醇酸催化醇解 法以及乙酰丙酸直接酯化法。其中，乙酰丙酸直接酯化法有着反应产率高、速率快、反应条件 温和以及副产物少等优点，该方法使用乙酰丙酸和乙醇为反应物，固体酸为催化剂直接酯化生 成乙酰丙酸乙酯，再经脱水、分馏精制制得乙酰丙酸乙酯产品。

但是针对该体系而言，因为水与乙醇存在着共沸效应，普通的反应精馏无法破坏该共沸作 用，水的存在始终抑制着反应的进行，因此该过程反应转化率低，流程较长，产品纯度较低。 反应精馏与膜塔外耦合虽然破坏了水与乙醇的共沸，得到纯度更高的乙醇进行循环，但是，膜 的塔外耦合并未在本质上改变反应受到的的抑制作用，共沸效应始终存在于反应精馏塔内，反 应的转化率难以得到很大提高，且流程长，设备投资高，操作成本较高。

目前报道的相关文献中：专利CN106146301A公开了一种制备乙酰丙酸水酯化反应制备得 到。该流程属于间歇操作，水与乙醇的共沸对反应有着较大的阻碍作用，产物与体系的分离不 能很好地完成，且间歇反应在生产的连续性方面有着天然的劣势。专利CN101619024A公开 了一种乙酰丙酸乙酯的生产工艺，将乙酰丙酸溶液和乙醇溶液和硫酸以一定的摩尔比混合，出 料的同时不断补加料液，通过温度来判断补料时间。该流程通过精确地控制温度以及反复进料 出料实现了乙酰丙酸乙酯的半连续生产，但该工艺不能消除乙醇与水的共沸对反应的阻碍，且 流程操作较为复杂，操作难度远大于反应精馏，产物的分离纯化能力却不如反应精馏工艺。

因此，本领域需要一种规模化连续生产乙酰丙酸乙酯，能够提高产品的纯度，简化工艺流 程，降低设备投资，且能耗较低的方法及装置。

发明内容

针对上述存在的问题和缺陷，本发明的目的是提供一种生产乙酰丙酸乙酯的塔内反应精馏 与膜耦合工艺方法及装置，使用本发明提供的塔内反应精馏与膜耦合方法制备乙酰丙酸乙酯具 有较高的反应转化率，能在反应发生的同时及时将体系中的水原位移除，破坏乙醇与水的共沸， 能有效地控制反应温度，同时有着工艺流程简单、设备投资较低，产品纯度较高，能耗较低等 优点。

具体而言，原料由进料口进入反应精馏塔内进行酯化反应，生成的水跟原料乙醇产生了共 沸，反应精馏塔中的气相经过膜分离段时，由于压力差的作用，水蒸汽渗透进入膜组件内，而 后由塔外的泵抽出，膜分离段的设置有效地破坏了乙醇的共沸作用，使反应的转化率提高。塔 顶的采出的气相一部分返回塔顶，一部分到塔顶产物罐中。塔底采出的液相一部分通过再沸器 返回塔底，一部分到塔底产物罐中。