催化剂用量对反应精馏制乙酸乙酯总酯收率的影
响
杨莹 李亚军 赵鹏程 乔宏宇 颜天元
(齐齐哈尔大学化学工程与工艺专业, 齐齐哈尔)
摘要：本文利用反应精馏装置研究乙酸和乙醇直接酯化法合成乙酸乙酯中催化剂用量对乙酸乙
酯总酯收率的影响。反应条件为：沸腾温度下反应，回流比为1:3，乙酸与乙醇的摩尔比约为
1：1，浓硫酸质量分别占乙醇总质量 0.3%（5滴），0.6%（10滴），0.9% （15滴），1.2%（20
滴）。通过实验研究表明：当催化剂用量为10滴时，总酯收率达到最高，约为58.14%。
关键词：反应精馏;硫酸;总酯收率;乙酸乙酯。
1 前言
乙酸乙酯是一种十分常用的有机溶剂，广泛用作人造香料、乙基纤
维素、消化纤维素、清漆、涂料、人造革、油毡、人造纤维、印刷油墨
等的溶剂；也用作人造珍珠的黏合剂，药物和有机酸的萃取剂以及水果
味香料的原料；在纺织工业中可用作清洗剂，乙酸乙酯在食品工业中可
作为特殊改性酒精的香味添加剂，可作调香剂的组分。乙酸乙酯也是制
造燃料、药物和香料的原料。同时随着整个社会环保意识的不断加强，
以及国家环保法律法规的完善，乙酸乙酯作为无毒的有机溶剂会逐渐替
代其他含苯溶剂。
乙酸乙酯常用的制备方法有酯化法和乙醛缩合法。目前，我国主要
采用乙酸与乙醇在浓硫酸的催化下酯化反应制备乙酸乙酯，这种方法工
艺成本高，副反应多。而反应精馏正好能克服其缺点。它是在操作过程
中，化学反应与分离同时进行，故能显著提高总体转化率，降低能耗。
此法在酯化、醚化、酯交换、水解等化工生产中得到应用，而且越来越
显示出其优越性。
2 实验部分
2.1 实验原理
反应精馏过程不同于一般精馏，它既有精馏的物理相变之传递现象，又有物质变性的化学反应现象。反应精馏对下列两种情况特别适用：（1）可逆平衡反应。一般情况下，反应受平衡影响，转化率只能维护在平衡转化的水平；但是，若生成物中有低沸点或高沸点物质存在，则精馏过程可使其连续地从系统中排出，结果超过平衡转化率，大大提高了效率。（2）异构体混合物分离。通常因它们的沸点接近，靠一般精馏方法不易分离提纯，若异构体中某组分能发
生化学反应并能生成沸点不同的物质，这时可在过程中得以分离。
对于本实验来说，适于第一种情况，但但该反应若无催化剂存在，单独采用反应精馏存在也达不到高效分离的目的，这是因为反应速度非常缓慢，故一般都用催化反应方式。酸是有效的催化剂，常用硫酸。反应精馏的催化剂用硫酸，是由于其催化作用不受塔内温度限制，在全塔内都能进行催化反应，而应用固体催化剂则由于存在一个最适宜的温度，精馏塔本身难以达到此条件，故很难实现最佳化操作。本实验是以乙酸和乙醇为原料，在催化剂作用下生成乙酸乙酯的可逆反应。反应的方程式为：
CH3COOH + C2H5OH ↔ CH3COOC2H5+H2O
实验的进料有两种方式：一是直接从塔釜进料；另一种是在塔的某处进料。前者有间歇和连续式操作；后者只有连续式。可认为反应精馏的分离塔也是反应器。若采用塔釜进料的间歇式操作，反应只在塔釜内进行。由于乙酸的沸点较高，不能进入到塔体，故塔体内共有3组分，即水、乙醇、乙酸乙酯。
2.2 实验仪器与试剂
2.2.1 仪器
实验装置其核心部分是由玻璃制成的直径20mm、塔高1500mm的反应
精馏塔，塔内填装316L的Φ3×3 mm不锈钢θ网环型填料。塔釜为500mL
四口烧瓶。加热装置为容积500mL，500W的加热套，并采用XCT-191，
ZK-50可控硅电压控制器控制釜温。回流比控制系统由塔头上摆锤、电
磁铁线圈、回流比计数仪及电子仪表组成。
2.2.2 试剂
乙酸，乙醇，硫酸。
2.3 实验过程
2.3.1实验步骤
在塔釜内加入150mL乙酸和150mL乙醇，以及硫酸催化剂分别5滴、
10滴、15滴、20滴。检查进料系统个管线是否连接正常。开启加热釜系
统，打开塔身保温电源。仔细观察塔底和塔顶温度与压力，测量出料速
度、沸腾时间、回流时间，记录所有数据。待塔顶出现回流后设定回流
比1:3，稳定操作1h。停止加热，冷却至室温后关闭冷却水。用小样品
瓶取塔顶馏出液和塔釜残液，称重并分析组成。分别取样6μl注入色谱
仪内，分析其组成取得塔内组分浓度分布曲线。
2.3.2 实验数据
乙酸：150ml 乙醇：150ml 回流比：1:3
表1 塔顶与塔釜溶液实验数据
硫酸用
5滴10滴15滴20滴
量
馏出溶液
塔顶g40.099.9144.8139.2
塔釜g37.4155.8102.7134.3加入5滴催化剂时色谱图：
图1加入5滴催化剂时塔顶和塔釜溶液色谱图
加入10滴催化剂时色谱图：
图2加入10滴催化剂时塔顶和塔釜溶液色谱图加入15滴催化剂时色谱图：
图3加入15滴催化剂时塔顶和塔釜溶液色谱图加入20滴催化剂时色谱图：
图4加入20滴催化剂时塔顶和塔釜溶液色谱图
3 结果与讨论
计算理论酯量：填料比为1:1，则酸过量。理想状态下，150g乙酸完全反应会得到230.78g乙酸乙酯。理论酯量=227g。
计算总酯量、总酯收率：
总酯量=塔顶乙酸乙酯含量×馏出液质量+塔底乙酸乙酯含量×残留液含量
总酯收率=乙酸乙酯总酯量/理论酯量
（1）催化剂5滴时：
总酯量=18.8525%*144.8+27.5970%*102.7=55.6494g
总酯收率=24.11%
（2）催化剂10滴时：
总酯量=41.8160%*99.9+59.3162%*155.8=134.1889g
总酯收率=58.14%
（3）催化剂15滴时：
总酯量=80.2575%*144.8+14.8992%*102.7=131.5143g
总酯收率=56.98%
（4）催化剂20滴时：
总酯量=30.8438%*139.2+20.1870%*134.3=70.0457g
总酯收率=30.35%
图5总酯收率与加入催化剂量的曲线图
