содержание   ..   140  141  142  143  144  145  146  147  148  149  ..

Метод непрерывной этерификации бутанола в избытке кислоты

 Этот метод более перспективен по сравнению с этерификацией в избытке спирта. Принципиальная схема заключается в совмещении процессов этерификации и ректификации. Исходные компоненты: бутиловый спирт и уксусная кислота непрерывно подаются в зону реакции, в реактор, а продукты реакции (эфир и эфировода) непрерывно отбираются из верхней части ректификационной колонны в виде дистиллята. Как и для всех непрерывных процессов, главным условием стабильности режима непрерывной этерификации является строгое соблюдение материального баланса за любой промежуток времени. Если можно предположить, что реакция этерификации в колонне не протекает, то материальный баланс в процессе непрерывной этерификации следует рассматривать в двух вариантах в зависимости от того, какая из операций конкретно рассматривается. При контроле за процессом этерификации необходимо поддерживать равенство (при постоянном составе жидкости в зоне реакции) массы веществ, введенных в реакционную зону, массе веществ, образовавшихся в результате реакции и выведенных из аппарата. Материальный баланс процесса ректификации (ректификация в колонне без исчерпывающей части) следует рассматривать как равенство массы паров, поступающих из реактора в колонну, сумме масс дистиллята (эфир-сырец и эфировода) и жидкости, возвращающейся из колонны в реактор (реакционная смесь).

Вторая особенность этого процесса — возможность получения эфира-сырца с массовой долей эфира в нем от 70 до 98 %. При этом оптимальный состав кубовой жидкости и соотношение исходных компонентов, подаваемых в систему, определяются качеством эфира-сырца, т. е. оптимальный состав жидкости в реакторе и ее массу нужно определять, исходя из требований к процессам этерификации и ректификации в их тесной взаимосвязи.

Технологическая схема процесса непрерывной этерификации уксусной кислоты бутанолом в избытке кислоты показана на рис. 84.

Рис. 84. Технологическая схема процесса непрерывной этерификации уксусной кислоты бутанолом в избытке кислоты:
1, 2, 12, 13, 19, 20, 25, 27, 30, 36, 38, 41, 42, 48 — сборники; 3, 4, 5, 18, 24, 40 — напорные баки; 6 — испаритель; 7—реактор; 8, 31, 44 — ректификационные колонны; 9, 33, 45, 49 — дефлегматоры; 10, 35, 47 — флорентины; 11 — холодильник; 14, 15, 16, 17, 22, 26, 29, 37, 39, 50 — насосы; 21, 23 — нейтрализаторы; 28, 43 — подогреватели; 32, 46 — кубы-испарители; 34 — конденсатор-холодильник
 

В начале работы в реактор 7 загружают уксусную кислоту и бутиловый спирт в соотношении 6—5:1 (молей) и серную кислоту (2 % от уксусной кислоты). После разогрева и работы установки около 1,5 ч в режиме полного орошения в зоне реакции наступает равновесие, характеризующееся следующим составом кубовой жидкости, %: уксусной кислоты 55—65, эфира 22—30, воды 8—16; бутилового спирта 2—4; катализатора 0,4— 0,6. Колонна 8 работает в режиме полного орошения до достижения кислотности дистиллята 0,05—0,1 %. После этого в систему подают исходные реагенты и отбирают продукты реакции, строго соблюдая часовой материальный баланс. Ранее исходные реагенты подавали в реактор в виде смеси. Для этого в специальных емкостях готовили этерификационную смесь кислотностью 40—42 % и затем закачивали ее в сборник. Через бак постоянного уровня смесь подавали в нижнюю часть испа­рителя 6. Как показала практика работы, исходные компоненты лучше подавать в систему раздельно. Операция приготовления этерификадионной смеси трудоемка, требует специального обслуживания и контроля. Режим раздельной подачи исходных реагентов имеет определенные преимущества: снижается трудоемкость процесса, нарушения режима работы реактора или колонны могут быть более оперативно выправлены за счет еди­новременного изменения соотношения подаваемых в реактор кислоты и спирта. Уксусная кислота и бутиловый спирт в соот­ношений 1,25—1,33 (массовые доли) из напорных баков 4 и 3 подаются в нижнюю часть испарителя 6, откуда вместе с флегмой из колонны 8 в виде парожидкостной смеси через барботер, углубленный в жидкую фазу реактора 7, поступают в зону реакции. Температура в реакторе 7 поддерживается 106—110 °С. Пары воды, эфира, спирта и уксусной кислоты поступают из реактора 7 в нижнюю часть ректификационной колонны 8 на разделение. Вверху колонны температура должна быть 90,0— 90,5 °С. После конденсации паров и охлаждения конденсата до 60—65 °С дистиллят разделяется на два слоя во флорентине 10. Эфирный слой частично возвращается в колонну в виде флегмы (поддерживается флегмовое число 1—1,5 по эфиру) и частично отбирается после дополнительного охлаждения в хо­лодильнике 11 до 20—30 °С в сборник 13 светлого эфира-сырца. Кислотность эфира-сырца 0,005—0,1 %, массовая доля эфира 92—97%. Водный слой из флорентины также частично возвращается в колонну для азеотропной отгонки образовавшегося бутилацетата и частично выводится из системы в сборник 12.

Через 40—60 дней непрерывной работы аппарат останавли­вают на чистку и переводят в периодический режим работы. С целью уменьшения загрязнения греющих поверхностей испа­рителя и получения эфира-сырца с массовой долей эфиров 95— 97 % рекомендуется использовать синтетическую уксусную кислоту и синтетический бутиловый спирт. Особый контроль не­обходимо осуществлять за массовой долей в зоне реакции сер­ной кислоты или другого катализатора. Катализатор вносится в систему периодически через 20—25 дней.

Для управления процессом непрерывной этерификации используются контуры автоматического регулирования в зависимости: от давления паров в реакторе 7 изменяется подача греющего пара в змеевик реактора (при увеличении давле­ния подача пара уменьшается); от уровня жидкости в реакторе 7 изменяется подача в испаритель 6 уксусной кислоты (при увеличении уровня жидкости в кубе подача кислоты уменьшается); от расхода уксусной кислоты зависит подача бутилового спирта (при увеличении расхода уксусной кислоты повышается подача бутилового спирта); от температуры на контрольной тарелке изменяется отбор эфира-сырца (при увеличении температуры отбор уменьшается).

Кроме того, осуществляется контроль за расходом вводимых в систему кислоты и спирта с помощью ротаметров, за температурой в верхней части колонны, в жидкой фазе испарителя, после дефлегматора 9 сч помощью манометрических термометров. Контролируется также уровень жидкости в баках кислоты, спирта, эфира-сырца, эфироводы, серной кислоты с помощью гидростатических уровнемеров. Замеряется температура конденсата пара из змеевика реактора 7 и испарителя 6 с помощью потенциометров.

Описанный выше процесс непрерывного синтеза бутилацетата в избытке кислоты обладает многими преимуществами перед другими вариантами: достигается высокая степень конверсии реагентов, улучшается качество бутилацетата-сырца, снижаются расходные нормы, сырья, упрощается дальнейшая переработка эфира-сырца. Однако, как и в других способах, осуществляемых с применением серной кислоты в качестве катализатора, слабым местом является коррозия оборудования, вызванная как самой серной кислотой, так и продуктами ее разложения (двуокисью серы).

Существенно снизить коррозию оборудования в этом процессе можно за счет применения других катализаторов, например бензолсульфокислоты.