酯化法制备乙酸乙酯的反应精馏过程分析与优化
乙酸乙酯实验室制备方法的改进
乙酸乙酯实验室制备方法的改进◆刘红梅１刘恺２王秀２（１．河北大学化学与环境科学学院；２．保定学院生化系）采用磷酸和盐酸的混合酸作催化剂，对传统的乙酸乙酯实验室制备方法进行了改进，通过控制实验条件，选择了最佳实验方案，并且减少了环境污染。
乙酸乙酯合成方法催化酯化有机羧酸酯具有特殊的香味，是一类重要的化工中间体。
作为重要的香料广泛应用于食品、化妆品工业，同时它在医药、电子、涂料等工业中作为良好的工业溶剂也得到了广泛的应用。
众所周知，可逆性是酯化反应最显著的特点，催化剂是影响化学反应速率的关键，如果不添加催化剂，酯化反应无法进行。
传统的实验室制备方法是用冰乙酸和乙醇作原料，用浓硫酸作催化剂酯化合成乙酸乙酯。
选用浓硫酸作催化剂，虽然成本低廉，但是腐蚀性强又容易造成环境污染，在实验过程中如果控制不当也容易引起碳化。
本文采用磷酸与盐酸组成的混酸作为催化剂，乙酸和乙醇为原料合成了乙酸乙酯，讨论了影响反应的各种因素，确定了最佳反应条件。
一、实验部分１．试剂无水乙醇，乙酸，盐酸，磷酸，硫酸均为分析纯。
２．实验过程实验室可采用间歇蒸馏的方法，三颈瓶上加一刺形分馏柱，分馏柱出口装上冷凝管和接液管。
在５０ｍＬ三颈瓶中加入６．０ｍＬ（０．１０ｍｏｌ）冰醋酸，９．５ｍＬ（０．２ｍｏｌ）无水乙醇和３ｍＬ混酸，几粒沸石，用电热套加热，控制反应温度在７０～８０℃，保持回流反应３０ｍｉｎ。
控制温度８０～９０℃加热蒸馏直至不再有馏出液为止，得到粗产品，在馏出液中慢慢加入饱和碳酸钠溶液，并不断振荡，直至不再有二氧化碳气体产生，分去水层，有机层用５ｍＬ饱和食盐水洗涤，再用饱和氯化钙洗涤，最后用水洗一次，分去水层。
用无水硫酸镁干燥。
将干燥后的有机层进行蒸馏，收集７３～７８℃的馏分。
二、结果与讨论１．不同催化剂配比对乙酸乙酯产率的影响在０．２ｍｏｌ无水乙醇，０．１０ｍｏｌ冰醋酸条件下，采用不同配比的催化剂进行酯化反应，实验结果见表１。
表１结果表明，用磷酸与盐酸组成的混酸作为催化剂，比硫酸、盐酸、磷酸中任何一种单独作催化剂酯化效率都要高，还可以知道浓磷酸与浓盐酸体积比＝３︰２时，乙酸乙酯产率最高。
反应精馏合成乙酸乙酯的模拟与分析
摘要:乙酸乙酯是一种非常重要的有机化工原料。
乙醇、乙酸酯化法是国内目前合成乙酸乙酯的主要工艺方法之一，尤其是乙醇储量丰富的地区。
本文将反应精馏及ChemCAD流程模拟软件等知识综合利用，涵盖了化工工艺学、化工分离过程、化工原理、化工热力学及流程模拟软件等多门学科。
运用计算机模拟，对反应精馏体系进行模拟计算。
关键词:乙酸乙酯反应精馏乙酸模拟计算1概述乙酸乙酯是工业领域广泛应用的一种脂肪酸酯溶剂，我们通常称之为醋酸乙酯。
目前，这种快干型溶剂因其高强溶解性能，在乙酸纤维、乙烯树酯、合成橡胶等生产领域发挥了重要作用。
1.1乙酸乙酯主要合成方法现阶段，国内外工业生产领域主要采用乙醇、乙酸酯化法、乙醇一步氧化法、乙烯加成法和乙醇脱氢法等制备工业乙酸乙酯。
1.2乙酸乙酯生产工艺在我国，大多数厂家都用醇酸酯化法制备乙酸乙酯。
该方法涉及酯化塔、提浓塔、精制塔、低酯回收塔、废水回收塔等几道工序，要求采用连续法依次操作。
工艺特点：酯化釜是进行酯化反应的主要设备，但是要借助共沸精馏脱水和脱醇完成分离过程。
在此期间，由于乙酸乙酯-水-乙醇三元共沸体系的特点，酯化塔塔顶有机相回流中含水量过大，使得回流带水能力与设计要求之间尚有一定差距，所以酯化塔回流只能达到4～6的水平，并且进入精制塔的粗酯含水量大，在这种情况下，为了确保乙酸乙酯的纯度、收率更接近设计值，塔顶回流比基本超过8。
此外，原工艺为了控制材料消耗，低酯回收塔、精制塔、废水塔均采出部分有机相回至酯化塔釜持续反应，使得部分水参与了工艺循环过程，后续分离塔内汽液负荷较大，生产能力达不到预期水平。
由此可见，只要严格控制酯化塔顶含水量，就能有效降低操作回流比，从而避免过量的水参与循环过程，最后通过控制能耗有效降低乙酸乙酯制造成本。
2乙酸乙酯反应精馏的模拟计算2.1反应精馏体系酯化反应在酯化塔中进行。
为了提高乙酸乙酯的产量，必须在溶剂中添加适量的催化剂，使化学溶剂充分反应，提高精馏分离效果。
乙酸乙酯的合成工艺研究
乙酸乙酯的合成工艺研究1.酯化法：酯化法是国内工业生产乙酸乙酯的主要工艺路线，是一种较为传统的方法，以乙酸和乙醇为原料，硫酸为催化剂直接酯化得乙酸乙酯，再经脱水、分馏精制得成品。
其化学反应方程式如下：在我国，此工艺采用的原料乙醇大部分是由粮食发酵法生产，少量由乙烯水合法生产。
该工艺存在生产成本高、设备腐蚀严重、反应废液难以处理以及大量消耗粮食等问题。
2.乙醇脱氢法传统工艺必须经过乙醇氧化脱氢为乙醛、乙醛氧化成乙酸、乙酸与乙醇酯化3个工段才能完成。
新型工艺不用乙酸，直接用乙醇在催化剂作用下氧化一步合成乙酸乙酯。
其化学反应式为：反应特点为：生产成本低，在没有甲醇法生产乙酸的地区，价格优势很大。
工艺简单、容易操作。
基本无腐蚀和三废排放。
但产品质量不如酯化法，虽然可达到国标，但产生的丁酮等杂质如果难以完全分离的话，就不宜用于食品和酒增香等行业。
3.乙醛缩合法乙醛在乙醇铝催化下生成乙酸乙酯。
将乙醛、乙醇铝等连续加入两个串联的反应器，于0-20℃下进行反应，反应后经蒸馏得乙酸乙酯。
反应式为：此工艺的优点在于反应在常压低温下进行，工艺条件比较温和，缺点— 1 —在于铝基催化剂无法回收，蒸馏出的废液中残留的乙醇铝加水生成氢氧化铝排放，造成环境污染。
国外大多数采用此法生产乙酸乙酯。
国内也有人正在进行开发研究。
4.乙烯与乙酸直接酯化生成乙酸乙酯。
在水蒸气存在条件下，乙烯将发生水合反应生成乙醇，然后生成的乙醇又继续与乙酸发生酯化反应生成乙酸乙酯产物。
该工艺依赖于乙烯资源，只能在乙烯和乙酸资源丰富且廉价的地区生产才具有经济性。
— 2 —。
乙酸乙酯生成过程的间歇反应精馏的模拟和优化的开题报告
乙酸乙酯生成过程的间歇反应精馏的模拟和优化的开题报告一、研究背景乙酸乙酯（简称EA）是一种应用广泛的有机化合物，可用于合成香料、制药、涂料和化妆品等。
其生产方法主要是通过甲酸乙酯与乙酸反应得到，反应式如下：CH3COOH + CH3OCHO → CH3COOCH2CH3 + H2O乙酸乙酯的生产过程中，间歇反应精馏是一种常见的分离和提纯方法。
该方法通过对反应混合物进行多次加热、冷却、回流等操作，实现EA和水之间的分离。
因此，对于间歇反应精馏的模拟和优化研究，有助于提高EA的收率和质量。
二、研究目的本研究旨在通过计算机模拟和优化技术，探究间歇反应精馏过程中乙酸乙酯的产量、纯度和能耗等参数的影响因素，提高乙酸乙酯的生产效率和经济效益。
三、研究方法1.仿真模拟使用Aspen Plus软件建立乙酸乙酯间歇反应精馏的数学模型，探究反应过程中收集、分离和净化EA的各个阶段的影响因素；利用Matlab 对模拟结果进行分析和计算，得出精馏过程中EA的产量、质量和能耗等参数。
2.优化设计通过设计不同的变量组合，模拟精馏过程中EA的产量、纯度和能耗等参数的变化情况；对比分析不同方案的经济性、能效性和环境影响，选择最优方案进行实验研究。
3.实验验证在实验室中进行乙酸乙酯间歇反应精馏的模拟和优化实验，得出参数测量值，并与仿真模拟的结果进行对比分析和评估。
四、研究意义本研究对于优化乙酸乙酯生产工艺、提高生产效率和经济效益具有重要的意义。
通过数学模拟和优化设计，不仅可以发现精馏过程中各个环节的影响因素和优化方案，还可以提高工艺的可重复性和稳定性，为实际生产提供参考依据。
同时，本研究的成果和方法还可推广应用于其他类似的产业和工艺的研究中。
反应精馏制备乙酸乙酯的工艺分析
第39卷第8期辽宁化工Vol．39，No．82010年8月Liaoning Chemical Industry August ，201010040935（2010）08081604反应精馏技术是近年来发展起来的一种新的化工过程强化技术，具有转化率高，选择性好，节省能源，投资小等优点［1］。
反应精馏能实现在一个塔内同时进行化学反应和产物分离过程。
相对于反应过程与精馏过程分别进行的工艺而言，它能够突破化学平衡对单独进行反应过程时的反应深度的限制，使生产能力得到大幅度提高，得到的产品纯度更高［2］。
对于像制备乙酸乙酯这样的可逆反应过程，由于产物的不断分离，使平衡向需要的方向移动，增大过程的转化率，甚至有可能实现与平衡常数无关的完全转化，减轻后继分离工序的负荷。
乙酸乙酯是一种非常重要的有机溶剂，具有优异的溶解能力及快干低毒的性能，可作为硝酸纤维、乙基纤维、涂料、印刷、油墨、胶粘剂、医药、食品、香精香料等的溶剂［3］。
国内对乙酸乙酯需求量呈持续大幅增长趋势，预计未来几年国内市场对乙酸乙酯的需求量将保持增长率10%左右［4］。
但传统的酯化生产是采用浓硫酸为催化剂，由于受到酯化反应化学平衡的限制，一般平衡转化率较低，产品分离提纯的能耗较高；同时，由于以浓硫酸为催化剂存在着腐蚀设备、生产周期长、选择性差、后处理困难、环境污染等缺点［5］。
因此，采用非均相催化反应精馏制备乙酸乙酯的新工艺具有很大的经济价值和战略意义。
反应精馏概念自1921年由Bacchaus 提出以来，已经历了从30年代到60年代的对特定体系的工艺探索，20世纪70年代提出计算方法，20世纪80年代进行数学模拟和优化研究，20世纪90年代进行严格数学模拟和多解分析及近几年开始优化控制的研究几个发展阶段［6］。
近年来大量文献和专利对该项技术进行了研究［7］，但是由于反应精馏体系的复杂性，工业应用中存在一定难度。
本文以得到高纯度的乙酸乙酯产品为目标，对影响产品纯度的工艺参数进行分析。
制备乙酸乙酯的实验分析
制备乙酸乙酯的实验分析
制备乙酸乙酯的实验分析如下：
实验原理:
用含氧的同位素188O的乙醇跟乙酸实验研究，发现乙酸乙酯分子里含有188O原子，从而证明酯化反应的过程是羧酸分子中羧基上的羟基跟醇分子的羟基中的氢原子结合生成水，其余部分相互结合生成酯。
即:酯化反应即属于可逆反应，又属于取代反应。
反应特点:
1.通常情况下，反应速率较小。
2.反应是可逆的，乙酸乙酯的产率较低
反应的条件及其意义:
1.加热。
加热的主要目的是提高反应速率，其次是使生成的乙酸乙酯挥发而收集，使平衡向正方向移动，提高乙醇、乙酸的转化率。
2.以浓硫酸作催化剂，可以提高反应速率。
3.以浓硫酸作吸水剂，可以提高乙醇、乙酸的转化率。
实验时要注意;
1.加入试剂的顺序为:乙醇→浓硫酸→乙酸。
2.用盛NazCO;饱和溶液的试管收集生成的乙酸乙酯，一方面中和蒸发出来的CH;COOH、溶解蒸发出来的乙醇;另一方面降低乙酸乙酯的溶解度，有利于酯的分离。
即:吸收乙醇、中和乙酸、降低乙酸乙酯的溶解度，易分层析出。
3.导管末端不能插入到Na,CO3饱和溶液中，以防倒吸回流现象的发生。
4.加热时要用小火均匀加热，防止乙酸、乙醇的大量挥发和液体的大量沸腾。
5.装置中的长导管起导气兼冷凝作用。
6.充分振荡试管，然后静置，待液体分层后，分液得到的上层液体即为乙酸乙酯。
酯化法制备乙酸乙酯的反应精馏过程分析与优化
酯化法制备乙酸乙酯的反应精馏过程分析与优化作者：石听伟来源：《科技资讯》2012年第17期摘要:本文使用了Aspen Plus11.1模拟乙醇与乙酸反应精馏生成乙酸乙酯的过程研究,对进料温度、压力进行了灵敏度分析,得到了最佳工艺参数,模拟得到了反应精馏塔的温度和浓度分布,为更好地指导乙酸乙酯的工业生产提供参考。
关键词:乙酸乙酯反应精馏过程模拟中图分类号:TQ 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(b)-0083-01乙酸乙酯(ethyl acetate,EA),简称,具有优良的溶解性能,是一种快干性的、极好的工业溶剂,被广泛应用于醋酸纤维,乙基纤维,氯化橡胶、乙烯树脂、乙酸纤维树脂、合成橡胶等生产。
1 模拟过程简述乙醇和乙酸混合通入B1(装有催化填料的反应精馏塔本文使用RADFRAC里添加反应构成了的反应精馏塔)内进行反应。
塔顶蒸出乙酸乙酯和微量的水和乙醇,而塔釜的乙酸乙酯流股有少量的水和乙醇。
模拟所需要的动力学数据均来自Aspen Plus自带的数据库。
流股3是乙酸质量分率92.9%的乙酸流股。
反应模拟的动力学数据均来自Aspen Plus自带的数据库。
2 结果分析与优化2.1 温度温度灵敏度分析,表现为单调递减,但总的来说酸乙酯质量分率的变化不大。
反应温度越低越利于乙酸乙酯的合成。
这是因为乙酸乙酯的反应原料乙醇和乙酸是极易挥发的物质,反应的有效相是液相,温度过高不利于反应的进行。
考虑到温度处理成本,最佳进料温度为常温。
2.2 压力因素压力灵敏度进料压力对乙酸乙酯的收率影响不大,由于乙酸乙酯的酯化合成反应是一个液相反应,它的有效相是液相,一般而言,压力对液相反应影响不大。
考虑了加压成本,最佳进料压力定在常压。
2.3 料配比我们利用了Aspen Plus的灵敏度分析模块对以反应精馏塔的回流比为自变量,流股2中的乙酸乙酯的质量分率为因变量的函数进行,乙酸乙酯的收率出现峰值的回流比是考察定义域较小的时候,显而易见,最佳回流比是0.7。
反应精馏法制乙酸乙酯
实验七反应精馏法制乙酸乙酯一、实验目的1. 了解反应精馏与普通精馏的区别。
2. 了解反应精馏是一个既服从质量作用定律又服从相平衡规律的复杂过程。
3. 掌握反应精馏的实验操作。
4. 学习进行全塔物料衡算的计算方法。
5. 学会分析塔内物料组成。
二、实验原理反应精馏是精馏技术中的一个特殊领域。
与一般精馏不同，它是将化学反应和分离过程结合在一个装置内同时完成的操作过程。
反应精馏能显著提高原料总体转化率和降低生产能耗。
反应精馏在酯化、醚化、酯交换、水解等化工生产中已得到广泛应用，且越来越显示其优越性。
由于该过程既有精馏的物理相变的传递现象，又有物质变化的化学反应现象，两者同时存在，相互影响，致使反应精馏过程十分复杂。
反应精馏的特点是：(1)可以大大简化制备化工产品的工艺流程；(2)对放热反应能提高有效能量的利用率；(3)因能及时将产物从体系中分离出来，故可提高可逆反应的平衡转化率，而且可抑制某些反应体系的副反应；(4)可采用低浓度原料进行反应；(5)因体系中有反应物的存在，故能改变精馏系统各组分的相对挥发度，可实现沸点相近或具有共沸组成的混合物的完全分离。
反应精馏对下列两种情况特别适用：（1）可逆平衡反应。
这种反应因受平衡影响，转化率只能维持在平衡转化的水平；如果生成物中有低沸点或高沸点物质存在，则在同时进行的精馏过程中可使其连续地从系统中排出，使平衡转化率大大提高。
（2）异构体混合物分离。
由于异构体的沸点接近，仅用普通精馏方法不易分离提纯，若在异构体混合物中加入某一种物质能与某一异构体发生化学反应并能生成与原物质沸点不同的新物质，这时可使异构体得以分离。
对于作为可逆反应的醇酸酯化反应来说，若无催化剂存在，反应速度非常缓慢，即使采用反应精馏操作也达不到高效分离的目的。
酯化反应常用的催化剂是硫酸，反应速度随硫酸浓度的增高而加快，其质量百分数为0.2%～1.0%，它的优点是催化作用不受塔内温度限制，全塔和塔釜都能进行催化反应。
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酯化法制备乙酸乙酯的反应精馏过程分析与优化摘要:本文使用了Aspen Plus11.1模拟乙醇与乙酸反应精馏生成乙酸乙酯的过程研究,对进料温度、压力进行了灵敏度分析,得到了最佳工艺参数,模拟得到了反应精馏塔的温度和浓度分布,为更好地指导乙酸乙酯的工业生产提供参考。
关键词:乙酸乙酯反应精馏过程模拟
乙酸乙酯(ethyl acetate,EA),简称,具有优良的溶解性能,是一种快干性的、极好的工业溶剂,被广泛应用于醋酸纤维,乙基纤维,氯化橡胶、乙烯树脂、乙酸纤维树脂、合成橡胶等生产。
1 模拟过程简述
乙醇和乙酸混合通入B1(装有催化填料的反应精馏塔本文使用RADFRAC里添加反应构成了的反应精馏塔)内进行反应。
塔顶蒸出乙酸乙酯和微量的水和乙醇,而塔釜的乙酸乙酯流股有少量的水和乙醇。
模拟所需要的动力学数据均来自Aspen Plus自带的数据库。
流股3是乙酸质量分率92.9%的乙酸流股。
反应模拟的动力学数据均来自Aspen Plus自带的数据库。
2 结果分析与优化
2.1 温度
温度灵敏度表现为单调递减,但总的来说酸乙酯质量分率的变化不大。
反应温度越低越利于乙酸乙酯的合成。
这是因为乙酸乙酯的反应原料乙醇和乙酸是极易挥发的物质,反应的有效相是液相,温度过高不利于反应的进行。
考虑到温度处理成本,最佳进料温度为常温。
2.2 压力因素
进料压力对乙酸乙酯的收率影响不大,由于乙酸乙酯的酯化合成反应是一个液相反应,它的有效相是液相,一般而言,压力对液相反应影响不大。
考虑了加压成本,最佳进料压力定在常压。
2.3 料配比
我们利用了Aspen Plus的灵敏度分析模块对以反应精馏塔的回流比为自变量,流股2中的乙酸乙酯的质量分率为因变量的函数进行作图如图4,乙酸乙酯的收率出现峰值的回流比是考察定义域较小的时候,显而易见,最佳回流比是0.7。
2.4 反应精馏塔的温度分布和浓度分布(气相)
这里模拟得出的温度分布和浓度分布(气相)都是在最佳工艺参数下得到。
3 结语
反应精馏酯化合成乙酸乙酯的最佳工艺参数如下:反应温度为常
温,压力位常压,回流比为0.7。