丙烯酸轉(zhuǎn)化率的討論

1、提高丁酯生產(chǎn)中丙烯酸轉(zhuǎn)化率的討論許同國 馮軼奇 王春光摘要：通過較為全面的分析丁酯的反應條件溫度、壓力、催化劑等對丙烯酸和正丁醇酯化反應生成丙烯酸丁酯反應的影響，結(jié)合實際生產(chǎn)工藝情況，通過控制合理的反應條件，使丁酯反應能夠更加穩(wěn)定、高效能的長周期運行，提高裝置的運行能力，增加裝置的經(jīng)濟效益。前言丙烯酸及其酯類產(chǎn)品是一類重要的有機化工原料，它們可以自身均聚或與其它乙烯基單體，如苯乙烯、乙酸乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、丙烯酰胺、氯乙烯等共聚，制成各種不同性能的丙烯酸類樹酯或聚丙烯酸鹽類，構成丙烯酸系列化工產(chǎn)品。丙烯酸類樹酯主要應用于紡織、化纖、涂料、皮革、石油開采、粘合劑、建材、水處理等行業(yè)。特

2、別是丙烯酸正丁酯是重要的有機化工中間產(chǎn)品，廣泛應用于紡織、建筑及粘合劑等行業(yè)，市場需求量大。據(jù)統(tǒng)計，截至2011年底，中國大陸通用丙烯酸酯產(chǎn)能是141.6萬噸年。因此在化工生產(chǎn)中確保丙烯酸單程轉(zhuǎn)化率在適宜的范圍內(nèi)，以獲得最佳的經(jīng)濟效益顯的尤為重要。一、工藝流程簡介技術原理丙烯酸與醇的酯化反應是生成有機酯類的反應，其化學計量方程式如下：主要反應：CH2=CH-COOH + C4H9OH CH2=CH-COOC4H9+ H2O這是一個平衡反應，為使反應向產(chǎn)品生成的方向進行，采用兩種方法，一種方法是使用比化學計量過量的酸或醇；另一種方法是從反應系統(tǒng)中移走產(chǎn)物。本裝置采用醇過量的方法，采用的催化劑為離

3、子交換樹酯和對甲苯磺酸（PTSA）。工藝流程新鮮的原料丙烯酸、丁醇和溶于醇中少量的催化劑與循環(huán)醇一起依次引至兩臺串聯(lián)反應器，第一酯化反應器和第二酯化反應器采用過量的醇酸分子比。為使反應達到所需的溫度，原料用再沸器加熱。反應所生成的水與丁醇從脫水塔蒸出，直至在最后的一臺反應器中丙烯酸完全生成丙烯酸丁酯為止。上述與水一起蒸餾的丁醇通過脫水塔被循環(huán)至第一酯化反應器，含產(chǎn)品和催化劑的第二酯化反應器流出液被送往催化劑回收塔，用副產(chǎn)物水萃取方法回收催化劑?；厥盏玫降拇呋瘎┭h(huán)至第一酯化反應器，再次使用。萃取相從塔頂抽出加至洗滌塔，用水/苛性鈉，分離/中和少量的丙烯酸和催化劑。洗滌塔塔底流出物被送往醇回收塔

4、，在此，將水中含有的少量的醇由塔頂回收，并循環(huán)至脫水塔頂部。洗滌塔塔頂物料被送往醇汽提塔，在此，未反應的丁醇從塔頂回收并循環(huán)至第一酯化反應器，而醇汽提塔塔底流出物進到酯精制塔，從塔頂采出純度高于99.8%（wt）的丙烯酸丁酯。二、影響丙烯酸轉(zhuǎn)化率的討論化學反應是化工生產(chǎn)的核心，因此化學反應效果的好壞直接影響生產(chǎn)能力的大小。反應效果好，單程轉(zhuǎn)化率高，選擇性高，收率才能提高。但在實際生產(chǎn)過程中我們不能片面追求過高的反應轉(zhuǎn)化率。如果片面追求過高的轉(zhuǎn)化率，當總轉(zhuǎn)化率較高而相應副反應的反應轉(zhuǎn)化率也同時增加時，將增加副產(chǎn)物的生產(chǎn)量，結(jié)果是增加了原料的消耗降低了主要產(chǎn)品的收率，這在經(jīng)濟上是不劃算的。在酯化反

5、應中，除了與反應設備、催化劑的性能和用量有關外，工藝過程的控制包括溫度、壓力、原料配比、停留時間的長短尤為重要。而影響生產(chǎn)能力，提高產(chǎn)量的關鍵是如何提高化學反應速率，尤其是提高主反應的反應速率。主反應速率提高就能在設備等其他條件不變的的情況下，最有效地提高生產(chǎn)能力。1、催化劑的選擇在反應體系中，因加入某種少量物質(zhì)而改變了化學應速率，這種加入的物質(zhì)在化學反應前后的量和化學性質(zhì)均不發(fā)生變化，這種物質(zhì)稱為催化劑。催化劑不參加化學反應，沒有消耗，但可以同時加快正負反應的速度，也就是說，催化劑的加入可以縮短反應時間，但不影響反應的化學平衡。根據(jù)反應速率和工業(yè)生產(chǎn)方式選擇適宜的催化劑，對反應來說非常關鍵，

6、在丁酯生產(chǎn)過程當中，對于連續(xù)流動床的反應，存在著生成較多正丁基醚的傾向。因此，在催化劑的選擇時，既要選擇丙烯酸丁酯高收率的反應條件，又要抑制正丁基醚在規(guī)定的范圍內(nèi)。本裝置使用的對甲苯磺酸具有工藝過程簡單等優(yōu)點。一般來說，催化劑用量增加，酯化率增加。如圖所示：2、醇酸摩爾比的影響丙烯酸丁酯的酯化反應是可逆反應，在不同平衡條件下，具有不同的最高轉(zhuǎn)化率，根據(jù)反應的實際生產(chǎn)情況，在酯化反應中反應物濃度的提高有利于平衡向正反應方向進行。醇過量還一個目的是在反應過程中不斷地用共沸蒸餾的方法隨時除去反應生成水以始終保持原料過剩，使酯化反應得以持續(xù)進行下去，直至反應終了結(jié)束。確定醇酸摩爾比，反應進行的摩爾比對

7、反應進程影響較大，在可逆反應反應中，反應物濃度的提高有利于平衡向正方向移動。理論上，反應中丁醇濃度越高，但是過量的丁醇有會與丁酯反應生成丁氧基丙酸丁酯造成最終收率降低，還會導致系統(tǒng)中醇過量造成醇回收塔負荷過大，影響效果，導致系統(tǒng)不穩(wěn)定，所以經(jīng)過計算選擇一個合適的摩爾比是必須的。如圖增大醇酸摩爾比有利于提高轉(zhuǎn)化率，但摩爾比增加到一定程度，對轉(zhuǎn)化率影響就不明顯了。3、反應停留時間的影響由于酯化連續(xù)生產(chǎn)采用連續(xù)流動床式反應，客觀上約束了反應停留時間，而酯化反應的進行不僅取決于分子的碰撞速率，同時也取決于分子間的碰撞機率。碰撞機率大，則反應機會增加，將提高反應轉(zhuǎn)化率。停留時間短，碰撞次數(shù)少、幾率低。停

8、留時間長，碰撞次數(shù)多、幾率高。但停留時間太長，副反應會相應增加，催化劑中毒系數(shù)增大，縮短了了催化劑的壽命，選擇性也隨之下降，因此控制適當?shù)姆磻Ａ魰r間是必要的、不可忽視的。4、反應溫度的影響在反應物濃度一定的條件下，反應溫度對反應速率有一定的影響。溫度過低，反應速率過慢。對于可逆平衡反應，溫度升高，正逆反應的速率都會增大。當溫度升高到某一數(shù)值，再升高溫度則逆反應速率大于正反應速率，平衡向逆方向移動，此時反應轉(zhuǎn)化率會下降，因此，在升溫過程中，反應速率會大到一最大值，可視為最佳反應溫度。由于酯化采取連續(xù)式反應，再同一反應溫度下丙烯酸轉(zhuǎn)化率會隨著反應時間的推移逐漸降低，為確?；竞愣ǖ霓D(zhuǎn)化率，一般采取適當提高反應溫度的措施，提高反應溫度的結(jié)果是，增加了參與反應的物料的活化分子數(shù)，加快了分子的活動速率，增加分子間的碰撞幾率，其結(jié)果加快了反應速率，最終提高了反應轉(zhuǎn)化率。三、結(jié)論 通過以上對影響反應結(jié)果的原因的分析，我們可以得出結(jié)論控制適宜的反應溫度、停留時