苯甲酸甲酯合成工艺的改进研究

朱艳（安徽天润化学工业股份有限公司，安徽蚌埠233010）

苯甲酸甲酯合成工艺的改进研究

朱艳（安徽天润化学工业股份有限公司，安徽蚌埠233010）

本课题的研究方向为，使用新型高效液相催化剂替代固体对甲苯磺酸作为催化剂，由甲醇和苯甲酸进行酯化反应，得到高纯度苯甲酸甲酯。

新型高效液相催化剂；经济效益；节能环保

安徽某化工股份公司年产3500T苯甲酸甲酯，本产品工艺技术较成熟，产品质量稳定，但原工艺使用固体对甲苯磺酸为催化剂，存在生产成本高，产率低，能源消耗大，后续环保废水处理量大、操作强度大等问题。本次选用高效液相催化剂替代固体对甲苯磺酸，开展小试及后续的工业化生产试验研究，进一步优化工艺，为新工艺的工业化生产提供良好的技术支撑。

原工业化生产工艺为：以固体对甲苯磺酸做催化剂，苯甲酸与甲醇在以甲醇为溶剂下进行酯化反应，得到苯甲酸甲酯，再进行碱洗，水洗，蒸馏脱水、过滤得到产品。本工艺催化剂催化产率90%。操作复杂，工序多，废水量大，能源消耗较高。

新形势下国家对安全、环保的标准执行更加的严格规范，为应对新形势的发展要求。本着环保、低耗，节约生产成本，降低劳动强度，提高劳动效率的理念，我们不断的拓展思路，进行新型催化剂的选型试验研究。通过多次的实验论证，最终确定选用新型高效液相催化剂。

1 工艺设计与实验研究

1.1 小试方案的设计、实施及可行性论证

1.1.1 方案设计

1.1.1.1 反应方程式：

CH3OH+C6H5COOH催化剂C6H5CO0CH3+H2O

1.1.1.2 试验原料：

①、工业甲醇150ml；②、工业苯甲酸100g；

③、新型高效液相催化剂30g；

本次试验按此投料量进行，后续试验在此反应原液中继续投加苯甲酸及甲醇，催化剂进行循环套用，共试验6批次。具体实验步骤省略。

通过对上述实验各批次的产品进行质量检测，各项质量指标符合要求，平均收率90.5%。根据小试方案的总结评估，我们在大生产中试生产10批。平均收率在90.6%，产品质量符合要求。

1.1.1.3 可行性论证

通过小试试验证明，使用新型高效液相催化剂替代固体对甲苯磺酸，是完全可行的，新工艺达到并超过原有工艺的收率，且质量符合要求。根据小试试验及大生产的实际结果，表明采用高效液相催化剂替代固体对甲苯磺酸做酯化催化剂，所得产品质量稳定，收率超过原有工艺水平。该方案确实可行。

1.2 新生产工艺为

反应釜加入1000L回收甲醇溶剂（浓度95%），投加新型高效液相催化剂300Kg，苯甲酸1000K，缓慢升温至70-75℃，开启搅拌，继续升温至83-87℃，回流反应3小时。常压蒸出含水甲醇约2.5小时；温度在120-135℃，开始高位滴加500L无水甲醇，时间2.5-3.5小时。升温至微沸，边滴加边蒸出高浓度甲醇，滴加结束后保持135℃保温半小时，停搅拌负压蒸前馏分，135℃开始切换后馏分，出成品。继续升温至137℃，负压-0.95MPa，基本无馏出物时，停止蒸馏，得到产品。

1.3 新工艺与原工艺对比

1、高效液相催化剂可连续套用700次，对甲苯磺酸作催化剂只能连续套用6次。

2、新工艺一步蒸馏得到产品，减去脱酯、碱洗，水洗，脱水，过滤等步骤；该工序工艺时间每批减少3小时。

2 经济效益分析

根据实验室小试及工业化大生产的验证，证明新工艺产率稳定可靠，且生产成本下降明显，新型催化剂催化收率高，简化操作，缩短工序生产时间，节约人工费用，废水排放量为零，极大的减少环保废水排放量，降低环保运行费用，水、电、蒸汽能源消耗下降明显。

原工艺与新工艺的生产成本对比分析情况，按照年产3500吨计算。测算经济效益如下：

(1) 原工艺产率90%，新工艺产率90.6%，新工艺每年节约苯甲酸16吨（单价0.9万元/吨）、节约对甲苯磺酸72吨（单价1.1万元/吨）、节约甲醇5.5吨（单价0.26万元/吨），节约纯碱3.5吨（单价0.2万元/吨），耗用新型催化剂1.5吨（单价6万元/吨）。

每年原辅料节约成本合计为：

16*0.9 +72*1.1+3.5*0.2+5.5*0.26-1.5*6=86.7万元

(2) 人工费用：原工艺，该工序岗位设置5人，四班两运转，新工艺岗位设置为3人，四班两运转，减少8人。按每月每人工资福利待遇5000元计算，每年节约人工费用：5000*8*12=48万。

3 环境效益分析

工艺改进后，酯化工序每年节约用水3500吨，节省污染物排放对甲苯磺酸每年72吨，纯碱3.5吨，降低了环保废水处理压力，同时也有效提高工作效率，进一步的降低了污水的处理成本，取得了良好的环境效益。

4 结语

本研究从降能降耗、简化操作、环保、经济效益等角度对新工艺的可行性进行探讨。本论文以高效液相催化剂替代固体对甲苯磺酸作为酯化催化剂，通过小试及大生产试验验证，我们得出如下结论：新工艺达到预期目标，方案确实可行，产品质量符合要求。

使用新型高效液相催化剂，一次投入可以循环套用，催化产率高，劳动强度降低，简化操作，能耗下降明显，极大的减少了废水的处理量，减小环保处理费用，缩短工艺时间，提高劳动效率。