乙酸乙酯催化萃取精馏新工艺研究探析

宋蒙 杨咏广

摘要：近年来，乙酸乙酯催化萃取精馏新工艺的创新之处逐渐增多。例如，在乙酸乙酯工业生产中，首次将催化反应精馏与萃取工艺完美地结合在一起。而且，该工艺还采取了自行研制的新型复合催化剂，大幅提高了塔顶酯的质量分数，最大程度地降低了脱水塔负荷和能耗。另一方面，该工艺还将萃取之后的酯用在酯化塔的回流，这种技术能够大幅度提高带水能力，持续加快酯化反应速度，降低回流比，且在降低能耗的同时提高酯化塔的生产能力。该工艺技术水平较高，先进性与实用性较强，能够让整个生产过程实现低污染、低排放，经济效益、环境效益与社会效益提升十分显著，应用前景非常广阔。基于此，本文简要探讨乙酸乙酯催化萃取精馏新工艺。

关键词：乙酸乙酯；催化；萃取精馏；新工艺

乙酸乙酯是一种关键的精细有机原料与工业溶剂，是当前应用较为广泛的脂肪酸酯类。目前生产乙酸乙酯最主要的方法就是通过反应精馏法加以直接合成。但是这个生产技术污染极重，能耗较高，1吨乙酯就需要3吨的蒸汽消耗量。所以，探寻科学高效的节能降耗技术对其具有极为重要的意义。而解决这一问题最为关键的一点就在于寻求高效节能的分离工艺。所以，在日常生产作业过程中，有关生产单位必须加大对分离工艺的研究与创新力度。在现有技术的基础上，不断改进完善乙酸乙酯生产工艺，大幅度降低乙酸乙酯生产过程中的污染和能耗。

一、乙酸乙酯催化萃取精馏新工艺的提出

从具体的生产作业实践来看，整个生产过程共有三种共沸物，既包括了乙酸乙酯与水，还包括了乙酸乙酯与乙醇、乙酸乙酯与乙醇和水，经过长期的实验证明，乙酸乙酯体系共沸物在常温常压时具有的数据如表1所示[1]。

由表1可得，乙酯的带水质量和反应生成水质量的比例大约为52%，可以得出其带水能力十分有限。从表2可知，乙醇浓度与两相互溶度呈正相关关系，就这一点而言，其不利于分层。将分相后的粗酯含水率和相关的沸物数据进行比较后，可以得出粗酯回流仅能带走0.04-0.05的水分的结论，具有有限的带水能力。因此，該种工艺无法将反应生成的水通过共沸物的表现形式而无一遗漏地将其蒸出。这很容易使得极大多数的粗酯回流会持续带水，最终造成极高的能耗，产生巨大污染和浪费[2]。

在多代科研人员研究的前提上，逐步创建了将醋酸作为过量反应物的生产方案。就塔釜釜酸不采出的工艺而言，它对塔釜材质有着极高的要求，塔釜中醋酸含量必须达到60%-80%，温度要100℃以上，然而，最佳的醋酸沸点为118℃，如果釜液中有醋酸，就必须消耗额外能量来反应生成物，随后再进行至催化精馏段，参与相应的化学反应，在这个过程中一旦操作不慎，塔顶就极易带入醋酸，同粗酯被共同带进精制塔，影响最终的分离工序。

本文所介绍的强酸型阳离子交换树脂催化剂，其在生产过程中，醋酸不仅是反应物而且还是萃取剂。这种工艺的主要创新在于其使得三元共沸物的组成结构被打破，在这个工艺中，乙醇作为过量反应物，就是催化萃取精馏合成乙酸乙酯重要反应物。该工艺不仅可以降低诸多气化乙酸消耗的水蒸汽量，还能使得塔釜温度大幅降低。经过移出反应生成的水，进而促使乙酸过量塔釜不采出的工艺得以不断完善和改进。与乙酸过量工艺相比较，将水通过乙酯共沸物带出精馏塔，可以避免消耗大量移出反应体系所需的能量[3]。

二、模拟与优化

通过Aspen Plus模拟了乙酸乙酯合成塔，在模拟过程中，通过阳离子交换树脂Amberlyst合成乙酸乙酯的非均相催化动力学方程，将萃取和与反应精馏结合在同一塔内，再对其进行模拟，对萃取精馏乙酸乙酯合成塔进行优化反应。

（一）合成塔理论板数的优化

合成塔理论板数与塔顶粗酯产生联系密切，一般情况下，理论板数数量越多，就会具有更好的分离效果，与此同时，还能促使所需回流比得以大幅降低。此外，其还能促使再沸器以及冷凝器负荷降低。另一方面，理论板数保持稳定还能降低操作费用和能耗。如果想使两者关系得到平衡从而使总费用降至最低，就必须根据具体情形确定适宜的理论板数。因此，必须科学合理地对合成塔四段的理论板数进行分配和优化。

（二）进料醇酸比的优化

就可逆反应而言，如果在其中增加一种组分的浓度，就可以使另一种反应物的转化率得到较大的提高。由于醋酸与水难以分离，38块是最恰当的固定合成塔理论板数，14块是最完美的催化精馏段理论板数，在第7块处让醋酸进料，将回流比设置成 1.5。乙醇不仅须在第34块板进料，还必须对进料的醇酸摩尔比的方式进行持续改进。鉴于其能影响塔釜醋酸和塔顶乙酸乙酯质量分数的特点，必须详尽地考察醋酸的转化率。

（三）进料位置的优化

从实践生产来看，进料位置对催化萃取精馏合成塔的重要参数影响巨大。一般情况下，精馏段指的是醋酸进料位置以上部分，萃取段指的是进料位置之间的部分，提馏段指的是乙醇进料位置以下的部分。一旦减少催化精馏段的理论板数，就必须缩减萃取段的理论板数，而这会使得萃取剂无法完全解除溶液，对萃取的分离效果产生巨大影响，从而影响塔顶混合物中的水含量，所以，乙酸的最佳进料位置应为第7块理论板[4]。

三、结语

综上所述，基于我国倡导绿色环保生产的大背景之下，在乙酸乙酯生产过程中，对各种降低能耗与污染的新技术进行创新研究是大势所趋，有关单位必须对乙酸乙酯催化萃取精馏新工艺的研发予以高度重视，并根据企业的实际情况积极应用相关技术，最终为我国化工行业与环保事业做出应有贡献。

参考文献

[1]李柏春，王凤竹，肖连杰，张文林.乙酸乙酯催化萃取精馏新工艺的研究[J].现代化工，2017，37（04）：166-170.

[2]李柏春，肖连杰，张文林.乙酸乙酯反应精馏新工艺的研究进展[J].现代化工，2016，36（05）：40-43.

[3]黄焕生，黄科林，杨波，卢军，李若华.乙酸乙酯合成生产技术现状及发展趋势[J].化工技术与开发，2007（12）：12-16.

[4]师伟力.“催化反应精馏萃取合成乙酸乙酯新工艺研究与应用”通过鉴定[J].河北科技大学学报，2004（04）：44.

作者简介：宋蒙（1987，10），男，山东淄博人，本科，理学学士，化学专业，负责氧化反应催化剂活性的调整。

（作者单位：山东宏信化工股份有限公司）