碳酸二乙酯合成催化蒸餾分隔塔的研究

[摘要]提出一種應用催化蒸餾分隔塔合成碳酸二乙酯的新工藝流程,它采用催化蒸餾分隔塔替代常規催化蒸餾流程中的催化蒸餾塔及甲醇分離塔。

[關鍵詞]催化蒸餾分隔塔 碳酸二乙酯 合成 節能

中圖分類號:O65文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0920005-01

一、引言

精餾是當代化工生產應用最廣泛的分離技術之一,但能耗巨大。催化蒸餾與分隔塔是精餾領域兩種重要的過程耦合方式,催化蒸餾將化學反應和精餾過程有機地耦合在一起,反應與分離相互促進,可以大幅度提高反應轉化率和生產能力;分隔塔是在精餾塔中放置一塊垂直隔壁,可用一個精餾塔同時完成三個組分的分離,分隔塔在熱力學上等價于完全熱耦合塔,實現了能量的耦合與集成,既降低能耗,又減少設備投資,已成為節能技術研究的一個熱點而備受關注。

催化蒸餾分隔塔技術結合了催化蒸餾與分隔塔的優勢,是一種反應與分離同時進行、高度強化的復雜技術,可以進一步提高反應選擇性和轉化率,同時可以大幅度降低能耗、減少設備投資。

本文將催化蒸餾分隔塔應用于碳酸二乙酯的合成過程。經過模擬計算,得到了催化蒸餾分隔塔內液相組成分布及溫度分布,并分析了液相分配比對催化蒸餾分隔塔的影響,對比了兩種工藝流程的能耗。

二、采用催化蒸餾分隔塔進行碳酸二乙酯合成的新工藝流程

方云進等提出了如圖1所示的碳酸二乙酯合成常規催化蒸餾工藝流程,該工藝流程由催化蒸餾塔、甲醇分離塔、碳酸二乙酯分離塔組成。本文采用的新工藝流程如圖2所示,以催化蒸餾分隔塔替代原來的催化蒸餾塔及甲醇分離塔,其內部設置一垂直隔壁,這樣,該裝置被分成四個區域:公共精餾段(1),用于除去未反應的乙醇,在塔頂得到甲醇副產物;反應段(2),在其中發生酯交換反應;側線段(3),用于側線抽出碳酸甲乙酯、乙醇及少量的碳酸二乙酯和甲醇;公共提餾段(4),用于除去碳酸甲乙酯與過量的乙醇,在塔釜得到碳酸二乙酯與催化劑的混合物;其中公共精餾段(1)、反應段(2)和公共提餾段(4)組成主塔。原料乙醇與碳酸二甲酯按照一定配比由催化蒸餾分隔塔中部進入反應段(2),兩者在催化劑的作用下,發生酯交換反應生成碳酸二乙酯,塔頂得到甲醇,碳酸二乙酯與催化劑的混合物由塔底排出送入蒸發器進行分離,在蒸發器頂部得到碳酸二乙酯產品,在蒸發器底部得到催化劑,將催化劑返回催化蒸餾分隔塔循環使用;側線抽出物流送入乙醇分離塔進行分離,在乙醇分離塔頂部得到乙醇,返回催化蒸餾分隔塔循環使用。

三、催化蒸餾分隔塔工藝流程與常規催化蒸餾工藝流程的能耗比較

在相同的分離要求下,兩種流程的能耗如表1所示。由表1可以看出,在碳酸二甲酯與乙醇摩爾比、碳酸二甲酯轉化率、碳酸二乙酯產品質量分數等條件基本相同的情況下,再沸器所需能耗下降了43.8%。同時,由于將常規工藝流程的三塔變為了兩個塔,且省了一個再沸器,只用一套過程控制方案,設備投資及操作費用均可顯著降低。因此,催化蒸餾分隔塔無論在節能上還是在節省設備投資上都有著較大優勢。

四、結語

本文應用Pro/II軟件對催化蒸餾分隔塔合成碳酸二乙酯的工藝流程進行了模擬計算,通過分析塔內液相組成分布,闡述了催化蒸餾分隔塔熱力學效率較高的原因,同時分析了兩工藝流程中塔內溫度分布,以及液相分配比對催化蒸餾分隔塔的影響。通過比較,表明催化蒸餾分隔塔可以節省再沸器能耗43.8%,并能有效降低設備投資及操作費用。

作者簡介:

國會香(1970-),女,1996年畢業于沈陽工業學院,現從事化工機械,壓力容器設計及制造工作。