苯甲酸甲酯合成工藝的改進研究

朱艷（安徽天潤化學(xué)工業(yè)股份有限公司，安徽蚌埠233010）

苯甲酸甲酯合成工藝的改進研究

朱艷（安徽天潤化學(xué)工業(yè)股份有限公司，安徽蚌埠233010）

本課題的研究方向為，使用新型高效液相催化劑替代固體對甲苯磺酸作為催化劑，由甲醇和苯甲酸進行酯化反應(yīng)，得到高純度苯甲酸甲酯。

新型高效液相催化劑；經(jīng)濟效益；節(jié)能環(huán)保

安徽某化工股份公司年產(chǎn)3500T苯甲酸甲酯，本產(chǎn)品工藝技術(shù)較成熟，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，但原工藝使用固體對甲苯磺酸為催化劑，存在生產(chǎn)成本高，產(chǎn)率低，能源消耗大，后續(xù)環(huán)保廢水處理量大、操作強度大等問題。本次選用高效液相催化劑替代固體對甲苯磺酸，開展小試及后續(xù)的工業(yè)化生產(chǎn)試驗研究，進一步優(yōu)化工藝，為新工藝的工業(yè)化生產(chǎn)提供良好的技術(shù)支撐。

原工業(yè)化生產(chǎn)工藝為：以固體對甲苯磺酸做催化劑，苯甲酸與甲醇在以甲醇為溶劑下進行酯化反應(yīng)，得到苯甲酸甲酯，再進行堿洗，水洗，蒸餾脫水、過濾得到產(chǎn)品。本工藝催化劑催化產(chǎn)率90%。操作復(fù)雜，工序多，廢水量大，能源消耗較高。

新形勢下國家對安全、環(huán)保的標準執(zhí)行更加的嚴格規(guī)范，為應(yīng)對新形勢的發(fā)展要求。本著環(huán)保、低耗，節(jié)約生產(chǎn)成本，降低勞動強度，提高勞動效率的理念，我們不斷的拓展思路，進行新型催化劑的選型試驗研究。通過多次的實驗論證，最終確定選用新型高效液相催化劑。

1 工藝設(shè)計與實驗研究

1.1 小試方案的設(shè)計、實施及可行性論證

1.1.1 方案設(shè)計

1.1.1.1 反應(yīng)方程式：

CH3OH+C6H5COOH催化劑C6H5CO0CH3+H2O

1.1.1.2 試驗原料：

①、工業(yè)甲醇150ml；②、工業(yè)苯甲酸100g；

③、新型高效液相催化劑30g；

本次試驗按此投料量進行，后續(xù)試驗在此反應(yīng)原液中繼續(xù)投加苯甲酸及甲醇，催化劑進行循環(huán)套用，共試驗6批次。具體實驗步驟省略。

通過對上述實驗各批次的產(chǎn)品進行質(zhì)量檢測，各項質(zhì)量指標符合要求，平均收率90.5%。根據(jù)小試方案的總結(jié)評估，我們在大生產(chǎn)中試生產(chǎn)10批。平均收率在90.6%，產(chǎn)品質(zhì)量符合要求。

1.1.1.3 可行性論證

通過小試試驗證明，使用新型高效液相催化劑替代固體對甲苯磺酸，是完全可行的，新工藝達到并超過原有工藝的收率，且質(zhì)量符合要求。根據(jù)小試試驗及大生產(chǎn)的實際結(jié)果，表明采用高效液相催化劑替代固體對甲苯磺酸做酯化催化劑，所得產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，收率超過原有工藝水平。該方案確實可行。

1.2 新生產(chǎn)工藝為

反應(yīng)釜加入1000L回收甲醇溶劑（濃度95%），投加新型高效液相催化劑300Kg，苯甲酸1000K，緩慢升溫至70-75℃，開啟攪拌，繼續(xù)升溫至83-87℃，回流反應(yīng)3小時。常壓蒸出含水甲醇約2.5小時；溫度在120-135℃，開始高位滴加500L無水甲醇，時間2.5-3.5小時。升溫至微沸，邊滴加邊蒸出高濃度甲醇，滴加結(jié)束后保持135℃保溫半小時，停攪拌負壓蒸前餾分，135℃開始切換后餾分，出成品。繼續(xù)升溫至137℃，負壓-0.95MPa，基本無餾出物時，停止蒸餾，得到產(chǎn)品。

1.3 新工藝與原工藝對比

1、高效液相催化劑可連續(xù)套用700次，對甲苯磺酸作催化劑只能連續(xù)套用6次。

2、新工藝一步蒸餾得到產(chǎn)品，減去脫酯、堿洗，水洗，脫水，過濾等步驟；該工序工藝時間每批減少3小時。

2 經(jīng)濟效益分析

根據(jù)實驗室小試及工業(yè)化大生產(chǎn)的驗證，證明新工藝產(chǎn)率穩(wěn)定可靠，且生產(chǎn)成本下降明顯，新型催化劑催化收率高，簡化操作，縮短工序生產(chǎn)時間，節(jié)約人工費用，廢水排放量為零，極大的減少環(huán)保廢水排放量，降低環(huán)保運行費用，水、電、蒸汽能源消耗下降明顯。

原工藝與新工藝的生產(chǎn)成本對比分析情況，按照年產(chǎn)3500噸計算。測算經(jīng)濟效益如下：

(1) 原工藝產(chǎn)率90%，新工藝產(chǎn)率90.6%，新工藝每年節(jié)約苯甲酸16噸（單價0.9萬元/噸）、節(jié)約對甲苯磺酸72噸（單價1.1萬元/噸）、節(jié)約甲醇5.5噸（單價0.26萬元/噸），節(jié)約純堿3.5噸（單價0.2萬元/噸），耗用新型催化劑1.5噸（單價6萬元/噸）。

每年原輔料節(jié)約成本合計為：

16*0.9 +72*1.1+3.5*0.2+5.5*0.26-1.5*6=86.7萬元

(2) 人工費用：原工藝，該工序崗位設(shè)置5人，四班兩運轉(zhuǎn)，新工藝崗位設(shè)置為3人，四班兩運轉(zhuǎn)，減少8人。按每月每人工資福利待遇5000元計算，每年節(jié)約人工費用：5000*8*12=48萬。

3 環(huán)境效益分析

工藝改進后，酯化工序每年節(jié)約用水3500噸，節(jié)省污染物排放對甲苯磺酸每年72噸，純堿3.5噸，降低了環(huán)保廢水處理壓力，同時也有效提高工作效率，進一步的降低了污水的處理成本，取得了良好的環(huán)境效益。

4 結(jié)語

本研究從降能降耗、簡化操作、環(huán)保、經(jīng)濟效益等角度對新工藝的可行性進行探討。本論文以高效液相催化劑替代固體對甲苯磺酸作為酯化催化劑，通過小試及大生產(chǎn)試驗驗證，我們得出如下結(jié)論：新工藝達到預(yù)期目標，方案確實可行，產(chǎn)品質(zhì)量符合要求。

使用新型高效液相催化劑，一次投入可以循環(huán)套用，催化產(chǎn)率高，勞動強度降低，簡化操作，能耗下降明顯，極大的減少了廢水的處理量，減小環(huán)保處理費用，縮短工藝時間，提高勞動效率。