содержание   ..   130  131  132  133  134  135  136  137  138  139  .. 

Приготовление этерификационной смеси

 В производстве этилацетата эта стадия считается обязательной. Смесь готовится в периодически действующих смесителях. Соотношение реагентов определяется массовой долей этилацетата в товарном эфире и свойствами системы этанол — вода — этилацетат. Перемешивание смеси до однородности осуществляется насосом по методу «циркуляция на себя». Смесь считается однородной, если кислотность в нижней и верхней частях сборника отличается менее чем на 0,5 %.

В качестве сырья используется уксусная кислота синтетическая и регенерированная с массовой долей основного вещества 97—99,5%, лесохимическая техническая уксусная кислота кислотностью 93—96 % (доля этого вида кислоты не более 12 % от общей массы этого сырья), спирт синтетический этиловый собъемной долей алкоголя 92—92,5 % и спирт этиловый гидролизный с объемной долей алкоголя 94—95%. Емкость баков для приготовления смеси должна быть достаточной для обеспечения 8—10 ч непрерывной работы установки.

Рис. 80. Непрерывнодействующий аппарат этерификации уксусной кислоты этанолом:
1 — сборник; 2 — куб-этерификатор; 3 — испаритель; 4 — ректификационная колонна; 5 — конденсатор-холодильник; 6 — холодильник; 7 — флорентина
 

В промышленности эксплуатируются одноколонные аппараты непрерывного действия, где синтез этилацетата осуществляют в избытке уксусной кислоты (рис. 80). В начале цикла в куб-этерификатор 2 загружают уксусную кислоту, этиловый спирт (20 % от массы теоретически необходимой для этерификации загруженной кислоты, что обеспечивает в зоне реакции пятимольный избыток кислоты) и серную кислоту (2—3 % от массы 100%-ной уксусной кислоты). После разогрева аппарат 30—45 мин работает в режиме полного орошения с целью снижения кислотности дистиллята до 0,05—0,1 %, после чего начинают подачу исходной этерификационной смеси в испаритель 3. Образовавшиеся в результате реакции этилацетат и вода с примесями этанола в виде смеси азеотропов (около 90 % бинарного азеотропа этилацетат — вода и 10% тройного азеотропа этанол— этилацетат — вода) непрерывно выводятся из колонны 4. Температура гетерогенного дистиллята, поступающего во фло

рентину 7 после холодильника 6, должна быть 20—25 С с целью более полного использования азеотропных свойств раз­деляемой системы.

С этой же целью рекомендуется подавать , на флегму в ко­лонну 4 не расслаивающийся во флорентине 7 эфир-сырец, а сухой этилацетат, полученный после азеотропного обезвожи­вания эфира-сырца. Это позволяет увеличить производительность этерификатора в 1,7 раза по сравнению с режимом подачи на флегму сырого эфира-сырца.

Высокая степень превращения уксусной кислоты (до 99,5 %) и спирта (до 95 %) в кубе-этерификаторе достигается за счет большого избытка в зоне реакции уксусной кислоты и непре­рывного вывода из зоны реакции продуктов синтеза. Процесс этерификации в данном случае совмещен с процессом ректифи­кации.

Ректификационная колонна 4 должна иметь 28—30 практи­ческих тарелок. Флегмовое число процесса определяется мас­сой воды, которую надо вывести из системы, и возвращае­мой в колонну с флегмой. Предположим, что процесс идет в идеальных условиях и степень превращения этанола достиг­нута 100%, в таком случае дистиллят представляет собой азеотроп этилацетат — вода, в котором массовая доля воды 8,2%. После расслаивания дистиллята около 4 % воды растворяется в этилацетате и возвращаетдя в колонну. Поэтому во флорен­тине отделяется только около 50 % воды и выводится из зоны реакции. Если на флегму в колонну 4 подавать эфир-сырец из флорентины 7, то в зависимости от массовой доли кислоты в ис­ходной уксусной кислоте, при получении эфира-сырца кре­постью 93 % рекомендуются следующие флегмовые числа. Массовая доля кислоты

в исходной уксусной кис­лоте, %                           80        85        90        95

Флегмовое число                 .          6,8       5,8       5,0       4,5—4,0

При меньших флегмовых числах в реакционной зоне накап­ливается вода, что приводит к снижению степени превращения реагентов в эфир, т. е. к снижению массовой доли эфира в эфире-сырце, а это в свою очередь ухудшает азеотропные свой­ства дистиллята, так как увеличивается растворимость воды в эфирном слое. Процесс становится неуправляемым.

Производительность этерификаторов определяется в основ­ном качеством исходного сырья, площадью поверхности тепло­обмена, типом и размерами ректификационной колонны. На лесохимических заводах получают с 1 м² сечения колонны около 600—900 л/ч эфира-сырца крепостью 93—95%, кислот­ностью 0,05—0,1 %. Температура в верхней части ректифика­ционной колонны поддерживается 68—70 °С, в кубе-этерификаторе 102—104 °С.

Процесс этерификации с отгонкой этилацетата и воды осу­ществляется непрерывно до тех пор, пока в реакторе не нако­пятся смолистые вещества или другие продукты конденсации (особенно при использовании синтетического спирта или переработке лесохимической уксусной кислоты), которые оседают на поверхностях теплообмена змеевика куба-этерификатора и каландрии, ухудшают теплопередачу и снижают производительность установки. Длительность непрерывного цикла работы этерификатора составляет 3 мес и более при работе на сырье хорошего качества и 25—40 сут при использовании сырья низкого качества. При накоплении смолистых примесей цикл работы заканчивают, содержимое куба-этерификатора перекачивают на отработку в специальный аппарат. При отработке в аппарат подают не этерификационную смесь, а только этиловый спирт до прекращения процесса образования эфира. Эфир-сырец, получаемый при отработке, содержит значительно меньше основного вещества, имеет повышенную кислотность и рекомендуется для возврата на стадию этерификации.

Стабильность режима этерификации обеспечивается системами автоматической стабилизации и регулирования некоторых параметров. Стабилизируются подача этерификационной смеси в систему и эфира на флегму в колонну. Регулируются давление в аппарате воздействием на расход пара; температура воды, отходящей из конденсатора-холодильника, воздействием на ее расход; уровень в кубе-этерификаторе воздействием отбора эфира-сырца.