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连续反应精馏和液液萃取结合制备甲缩醛的方法pdf
时间:2024-01-22 12:59 点击次数:111

  连续反应精馏和液液萃取结合制备甲缩醛工艺,包括以下步骤:酸催化剂一次性加入反应釜中,甲醛连续加入反应釜中,甲醇从精馏柱加入,反应精馏装置釜、顶温度分别控制在50~55℃、35~42℃,反应精馏后,塔顶得馏出液较高的甲缩醛及甲醇和水,以丙三醇或二甲醇胺为萃取剂,经液液萃取塔萃取,萃取塔顶得到甲缩醛,萃取剂及甲醇水混合液再经再生塔回收循环使用。优化方案中的酸催化剂采用甲基苯磺酸。塔顶馏出液含甲缩醛、甲醇及水的质量含量分别为92%、6%、2%,甲缩醛得率达97%以上。本发明克服了传统工艺反应周期较长、收率不够理想的不足;新的连续反应精馏和液液萃取相结合制备甲缩醛工艺,反应周期短、速率快、收率高。

  1、一种连续反应精馏和液液萃取相结合制备甲缩醛方法,步骤如下:酸催化剂一次性加入反应釜中,甲醛连续加入反应釜中,甲醇从精馏柱加入,反应精馏装置釜及塔顶的温度分别控制在50~55℃、35~42℃;反应精馏后,塔顶得馏出液含甲缩醛、甲醇和水;在液液萃取塔,以丙三醇和二甲醇胺为萃取剂,对上述馏出液进行萃取,萃取塔得到99.7%以上的甲缩醛;萃取剂及甲醇水混合液再经再生塔回收,萃取剂循环使用;再生塔塔顶馏出液含甲缩醛、甲醇和水。 2、按照权利要求1所述的连续反应精馏和液液萃取相结合制备甲缩醛方法,其特征在于:所述的酸催化剂的加入量为反应物料质量总量的5.5%;所述的甲醇/甲醛加入体积比为1.4~1.6∶1。 3、按照权利要求2所述的连续反应精馏和液液萃取相结合制备甲缩醛方法,其特征在于:所说的酸催化剂采用甲基苯磺酸;所述的甲醇/甲醛加入体积比为1.5∶1。 4、按照权利要求1或2或3所述的连续反应精馏和液液萃取相结合制备甲缩醛方法,其特征在于:甲醛的加入速率为68ml/min,甲醇的加入速率为101ml/min。

  本发明涉及一种有机化工工艺,具体涉及一种连续反应精馏和液液萃 取结合制备甲缩醛的方法。

  传统的甲缩醛合成工艺采取下列四种方法:二氯甲烷是最早合成甲缩醛 的方法,由于技术落后,收率较低,所以该方法没有工业化;二甲亚砜法, 由于二甲亚砜对酸不稳定,加热会生成甲醛,所以也没有工业化;氯化钙法, 反应收率可达86.5%,但由于反应时间长,后处理不便,所以亦没有工业化; 酸催化间歇法,收率较较低,生产周期较长,能耗高,但是我国生产甲缩醛 的主要途径,含量大约为55%左右,经过共沸精馏、干燥及精密精馏之后可 达到99%左右,该过程能耗高、工艺较复杂,干燥生成的副产物,再生利用 成本高。传统工艺的不足是反应生产物纯度低、提纯过程复杂、干燥生成副 产物利用成本高。

  为了弥补现有技术的上述不足,本发明将提供一种能够实行工业化生产 的甲缩醛制备工艺,该工艺方法生产的甲缩醛得率和纯度都比较高,而且反 应时间短、能耗低。

  完成上述发明任务的方案是:本发明设计了新的甲缩醛生产工艺,即连 续反应精馏和液液萃取结合生产甲缩醛的流程。该反应周期短、收率高,分 离过程简单、能耗低。一次可得到92%以上的甲缩醛,结合液液萃取,产品 的纯度可达99.7%以上。

  在反应釜中一次性加入酸催化剂,甲醛连续加入反应釜中,甲醇从精馏 柱中部加入;反应精馏装置釜及塔顶的温度分别控制在50~55℃、35~42 ℃;

  反应精馏后,塔顶得馏出液较高的甲缩醛(大约92%)、甲醇(大约6%) 和水(大约2%);

  在液液萃取塔,以丙三醇和二甲醇胺为萃取剂,对上述馏出液进行萃取, 萃取塔得到99.7%以上的甲缩醛;

  萃取剂及甲醇水混合液再经再生塔回收,萃取剂循环使用:再生塔塔顶 馏出液含甲缩醛、甲醇和水的质量含量分别为10%,67.5%,22.5%,甲缩醛 得率达99%以上。

  以上方案中所述的酸催化剂可以是:盐酸、硫酸、甲基苯磺酸及苯磺酸。 优化方案中,酸催化剂选用甲基苯磺酸。

  进一步改进:再生塔顶甲醇和水可进一步回收加工,甲醇返回反应精馏 装置使用。

  醇和醛在酸的使用下,酸和醛中羰基加成生成不稳定的半缩醛,半缩醛 在酸的催化作用下进一步反应,形成不稳定的缩醛,生成缩醛的反应为放热 反应,故采用低温有利于提高反应速率。在甲醇/甲醛加入体积比1.5∶1、甲 基苯磺酸为加入总量的5.5%条件下,首先考虑温度对合成过程的影响。采 用间歇反应,反应时间为5分钟,反应结束后采用间歇蒸馏,提取馏程35~ 42℃馏分,经色谱分析,温度与馏出液组成(wt%)关系见图2所示,常温 有利于反应,但温度影响较小。在上述条件下,控制反应温度在50~55℃, 反应结束后并采用间歇蒸馏提取35~42℃馏分,间歇反应时间(分钟)对合 成甲缩醛组成(wt%)的影响见图3所示。当反应时间达5分钟时,反应物 中的甲缩醛含量基本保持不变,该反应过程速度较快,反应时间控制在5分 钟可达到反应终点,故采用连续反应精馏制取甲缩醛可行。

  采用甲醇过量,反应精馏塔釜、顶温度分别控制在50~55℃、35~42 ℃左右,甲基苯磺酸(98%)加入控制在加料总量的5.5%;甲醇(99.5%, V/V)/甲醛(37%,V/V)体积流量比增加时,甲缩醛得率见图4所示,故 取加入流量比为1.4~1.6∶1较为合适,推荐采用1.5∶1。

  (3)选择甲醇/甲醛的流量比为1.5∶1,在反应温度条件不变的条件下, 加入甲基苯磺酸(98%)量对馏出液甲缩醛得率影响见图5所示。从结果来 看甲基苯磺酸的加入量控制在加料总量的5.3~5.7%左右较为合适,推荐采用 5.5%。

  (4)可采用其它酸代替甲基苯磺酸作催化剂,但得率有所降低,其它 无机酸无法再利用。

  本发明的连续反应精馏和液液萃取结合制备甲缩醛的工艺,反应周期 短、纯度高、收率高,在反应精馏塔温度、搅拌速度、甲基苯磺酸用量及甲 醇/甲醛流量比一定的条件下,塔顶一次可得92%(wt%)以上的甲缩醛,反 应收率可达97%以上,反应精馏塔顶馏出液经过液液萃取,可得99.7%(wt%) 以上的甲缩醛。

  图2、图3、图4、图5分别为温度、反应时间、甲醇/甲醛流量比及加 入甲基苯磺酸量对甲缩醛得率的影响曲线图。

  实施例1,连续反应精馏和液液萃取结合制备甲缩醛工艺,参照图1: 37~40%的甲醛按68ml/min的速率,甲基苯磺酸催化剂按反应物料总量的 5.5%(质量比)加入反应釜1中,99.5%的甲醇从精馏柱4第5块(进料位 置可调整)加入,加入V/V为101ml/min,反应精馏后,塔顶得馏出液含较 高的甲缩醛及甲醇和水,以丙三醇为萃取剂,经液液萃取塔5萃取,萃取塔 顶甲缩醛含量可达99.7%以上。萃取剂及甲醇水混合液再经再生塔6回收循 环使用。再生塔顶甲醇和水可进一步回收加工。反应精馏装置釜、顶温度分 别控制在50~55℃、35~42℃。塔顶馏出液含甲缩醛、甲醇及水分别为92%、 6%、2%(均为质量流量),甲缩醛得率到97%以上。图中2为电搅拌器,3 为夹套。

  实施例2,与实施例1基本相同,但催化剂改用硫酸,萃取剂改用二甲 醇胺;甲醇/甲醛体积流量比为1.4∶1。

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  连续反应精馏和液液萃取结合制备甲缩醛工艺,包括以下步骤:酸催化剂一次性加入反应釜中,甲醛连续加入反应釜中,甲醇从精馏柱加入,反应精馏装置釜、顶温度分别控制在5055、3542,反应精馏后,塔顶得馏出液较高的甲缩醛及甲醇和水,以丙三醇或二甲醇胺为萃取剂,经液液萃取塔萃取,萃取塔顶得到甲缩醛,萃取剂及甲醇水混合液再经再生塔回收循环使用。优化方案中的酸催化剂采用甲基苯磺酸。塔顶馏出液含甲缩醛、甲醇及水的。

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