CN101337884A - 连续酯化反应制备乙二醇丁醚醋酸酯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续酯化反应制乙二醇丁醚醋酸酯工艺，以乙二醇丁醚与醋酸为原料，其特征在于：采用固体酸催化剂进行两段式固定床连续酯化反应，酯化温度70－150℃，酯化反应中生成的水经共沸蒸馏脱除；将酯化反应产物精馏，脱除并回收未反应的乙二醇丁醚和醋酸，得到乙二醇丁醚醋酸酯。本发明方法实现乙二醇丁醚醋酸酯的连续化生产，操作方式简单，显著提高了乙二醇丁醚醋酸酯的生产效率，降低其生产成本，且能减少固体污染物和废水排放，具有极佳的规模化工业应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种乙二醇丁醚醋酸酯的制备方法，尤其是特别涉及一种连续酯化反应制备乙二醇丁醚醋酸酯的方法。
背景技术
乙二醇丁醚醋酸酯是一类重要的工业溶剂，该溶剂分子结构独特，同一分子中既有非极性的部分，又有极性基团，故它对极性和非极性物质均有较好的溶解能力，其溶解性能大大高于一般溶剂及丙二醇醚类和乙二醇醚类溶剂。由于乙二醇丁醚醋酸酯具有溶剂性能高、热稳定性好、粘度变化小、高发泡和腐蚀性小等特点，被广泛用于涂料、洗涤剂、印染、农药和高分子助剂等工业。
由乙二醇丁醚和醋酸经酯化反应制乙二醇丁醚醋酸酯，虽是通用的技术路线，但目前工业上普遍采用的方法是间歇式酯化脱水反应工艺，反应过程中使用的催化剂通常为无机酸或有机酸，无机酸主要为：磷酸、盐酸、浓硫酸和氯磺酸；有机酸主要为：草酸、柠檬酸、甲磺酸和对甲苯磺酸，采取均相反应。上述方法存在的问题是，反应结束后需通过碱中和与水洗处理，以除去所使用的催化剂，且该方法副反应多、腐蚀性强、工艺过程复杂、生产效率低下、产生大量的固体废弃物和废水污染环境。有人采用改性分子筛类复合固体酸催化剂并加入金属锡化合物等助剂(中国专利申请号：89105336.0)进行酯化反应，据说可降低酯化反应温度，反应2-3小时转化率接近100％。但此类固体酸催化剂所含的锡化合物助剂具有较大毒性且容易流失，显而易见，其实际应用推广价值无疑会受到较大的限制。
发明内容
本发明目的在于提供一种乙二醇丁醚醋酸酯的制备方法，该方法能克服现有间歇式生产工艺所存在的产物需经中和与水洗处理，以及工艺过程复杂、生产效率低下、产生大量的固体废弃物和废水等缺点，本发明能实现乙二醇丁醚醋酸酯的连续化生产，且在生产过程中减少废渣废水排放，提高乙二醇丁醚醋酸酯的生产效率，降低其生产成本。
本发明所采用的技术方案如下：
一种连续酯化反应制备乙二醇丁醚醋酸酯的方法，以乙二醇丁醚与醋酸为原料，其特征在于：采用固体酸催化剂进行两段式固定床连续酯化反应，酯化温度70-150℃，酯化反应中生成的水经共沸蒸馏脱除；将酯化反应产物精馏，脱除并回收未反应的乙二醇丁醚和醋酸，得到乙二醇丁醚醋酸酯。
所述的固体酸催化剂是一种具有网状结构的复合增强型聚苯乙烯磺酸类强酸性离子交换树脂。合成这种网状结构的聚合物，采用常用的聚苯乙烯磺酸类离子交换树脂的合成方法，在聚合单体的原料配比中，加入摩尔数占聚合单体20-35％的二乙烯基苯，并加入重量占单体总量1-3％(wt/wt)的微米级石墨晶须。经中试装置上的使用寿命考察及在工业装置上进行的实际试运行，所述的固体酸催化剂的使用寿命至少在一年以上。
所述的两段式固定床连续酯化反应，是指在两个均装填有固体酸催化剂的固定床反应器中连续进行的两段酯化反应。鉴于酯化反应为受热力学平衡限制的可逆反应，为有利于酯化反应向期望的方向进行，第一段酯化反应产物脱除反应生成的水后，再进行第二段酯化反应，以得到较高的转化率。具体做法是，先将原料乙二醇丁醚和醋酸按一定摩尔配比混合，经过预热后连续地进入装有固体酸催化剂的第一段固定床反应器进行酯化反应，反应产物进入蒸馏塔脱水；脱水后的物料在蒸馏塔提馏段下部被连续地抽出，并作为第二段酯化反应的进料送到第二段固定床反应器中继续进行酯化反应。进入第一段固定床反应器的原料乙二醇丁醚与醋酸的摩尔比为0.7-2∶1，优选范围为0.9-1.5∶1；在蒸馏塔提馏段抽出并输入到第二段固定床反应器的物料流量为第一段固定床反应器进料量的1-5倍，优选范围为2-3倍。同样，第二段酯化反应的产物在与第一段酯化反应的反应产物合并后，再进入蒸馏塔脱水。
所述的两个固定床反应器中，酯化反应温度为70-150℃，优选范围为90-125℃；两个固定床反应器的酯化反应空速均为1-10h-1，优选范围为3-6h-1。
酯化反应所生成的水在蒸馏塔中以共沸蒸馏方式脱除，所采用的带水剂为苯或环己烷。第一段与第二段酯化反应的反应产物从上部进入蒸馏塔进行共沸蒸馏，形成水与带水剂的共沸物自蒸馏塔塔顶蒸出，经冷凝器冷凝后，进入分层罐，且在分层罐中被分成有机相和水相，下层水相被引出，上层有机相为带水剂，回流到蒸馏塔再用。
未反应的乙二醇丁醚、醋酸和与目的物酯化产物乙二醇丁醚醋酸酯通过蒸馏塔釜底出料，进入脱轻塔精馏，塔顶蒸出的轻馏分为乙二醇丁醚和醋酸，将其回收。回收的乙二醇丁醚和醋酸可以作为反应原料循环再利用。脱轻塔塔底物料即为目的物乙二醇丁醚醋酸酯。
经上述方法所制得的产品为乙二醇丁醚醋酸酯粗品。将脱轻塔塔底产物送到产品精馏塔精馏，可以得到乙二醇丁醚醋酸酯纯品。
图1为采用固体酸催化剂的两段固定床连续酯化反应制备乙二醇丁醚醋酸酯工艺的主体部分的流程图。
在图1中，1为装有固体酸催化剂的第一段固定床反应器，2为装有固体酸催化剂的第二段固定床反应器，3为蒸馏塔，4为冷凝器，5为分层罐，6为第一段固定床反应器进料管路位置，7为第二段固定床反应器进料管路位置，8为酯化反应物料进蒸馏塔管路位置，9为水相出口，10为带水剂回流进蒸馏塔管路位置，11为蒸馏塔塔釜物料送去脱轻塔管路。
乙二醇丁醚与醋酸原料经预热后由6进入装有固体酸催化剂的第一段固定床反应器1，在催化剂作用下乙二醇丁醚与醋酸发生酯化反应，为有利于酯化反应前向进行，提高转化率，将第一段固定床反应器的反应物料由8送进蒸馏塔3脱水。在蒸馏塔3中，酯化反应生成的水在本发明所述带水剂存在下于68-70℃形成共沸物而不断地从塔顶被分离出去。酯化反应物料经过脱水后在蒸馏塔提馏段下部连续地被抽出，由7送到第二段固定床反应器2继续进行酯化反应。在蒸馏塔提馏段抽出并输入到第二段固定床反应器的物料流量为第一段固定床反应器进料量的1-5倍，优选范围为2-3倍。经过第二段固定床反应器反应的物料同样由8进入蒸馏塔3分离脱除水分。蒸馏塔3塔顶蒸出物经冷凝器4冷凝后，进入分层罐5，且在分层罐5中被分成有机相与水相，下层水相从9引出，上层有机相为带水剂，由10回流到蒸馏塔3。酯化反应生成的乙二醇丁醚醋酸酯与未反应的乙二醇丁醚和醋酸，由蒸馏塔3釜底出料经11进入另外配备的脱轻塔(图1中未标出)精馏，脱轻塔顶蒸出的乙二醇丁醚(沸点171-173℃)和醋酸(沸点118.1℃)回收循环再用，脱轻塔釜底的乙二醇丁醚醋酸酯粗产品送到产品精馏塔(图1中未标出)精馏，得到乙二醇丁醚醋酸酯纯品，沸点191-192℃。
综上所述，本发明的乙二醇丁醚醋酸酯的生产方法，通过连续化生产的新工艺，能够高效率地实现乙二醇丁醚醋酸酯产品的工业化生产，且操作方式简单、生产效率高，在生产工艺过程中减少废渣废水的排放；反应产物无需大量的碱进行中和并水洗，催化剂的使用寿命长，产品生产成本降低。本发明的连续酯化反应制备乙二醇丁醚醋酸酯的方法，有良好的经济效益和环境效益。
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。本发明的范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求的范围加以限定。
附图说明
图1连续酯化反应制备乙二醇丁醚醋酸酯的工艺流程示意图
实施例1
工艺流程如图1所示，将预热至110℃的原料乙二醇丁醚和醋酸按摩尔比1∶1、以15L/h流量连续输入装有5L固体酸催化剂的第一段固定床反应器1，酯化反应温度110℃，空速为3h-1。经第一段固定床反应器1反应的物料进入蒸馏塔3，在蒸馏塔3中，酯化反应生成的水在带水剂苯存在下，于68-70℃形成共沸物而不断地被分离。被脱除水分的物料在蒸馏塔3的提馏段以30L/h流量连续地被抽出并输送到装有5L固体酸催化剂的第二段固定床反应器2继续进行酯化反应，反应温度120℃，空速为6h-1。输入到第二段固定床反应器2的物料流量为第一段固定床反应器1进料量的2倍。经过第二段固定床反应器2反应的物料同样进入蒸馏塔3分离脱除水分，蒸馏塔3塔顶蒸出物经冷凝器4冷凝后，进入分层罐5，且在分层罐5中被分成有机相与水相，水相被引出，有机相为带水剂苯回流到蒸馏塔3再用。蒸馏塔3塔釜出料组成质量比为：乙二醇丁醚醋酸酯57.4％，醋酸14.4％，乙二醇丁醚28.2％。蒸馏塔3塔釜出料进入另外配备的脱轻塔精馏，脱轻塔塔顶蒸出的乙二醇丁醚和醋酸回收循环再用，脱轻塔塔釜物料送到产品精馏塔纯化，每小时可产出乙二醇丁醚醋酸酯产品7.6kg。
实施例2
工艺流程如图1所示，将预热至90℃的原料乙二醇丁醚和醋酸按摩尔比1.5∶1、以10L/h流量连续输入装有5L固体酸催化剂的的第一段固定床反应器1，酯化反应温度90℃，空速为2h-1。经第一段固定床反应器1反应的物料进入蒸馏塔3，在蒸馏塔3中，酯化反应生成的水在环己烷带水剂存在下，于69-71℃形成共沸物而不断地被分离。脱除水分的酯化反应物料在蒸馏塔3的提馏段以10L/h流量被连续地抽出并输送到装有5L固体酸催化剂的第二段固定床反应器2，酯化反应温度125℃，空速为2h-1。输入到第二段固定床反应器2的物料流量为第一段固定床反应器1进料量的1倍。经过第二段固定床反应器2反应的物料同样进入蒸馏塔3分离脱除水分，蒸馏塔3塔顶蒸出物经冷凝器4冷凝后，进入分层罐5，且在分层罐5中被分成有机相与水相，水相被引出，有机相为环己烷，返回到蒸馏塔3。蒸馏塔3塔釜出料组成为：乙二醇丁醚醋酸酯42.44％，醋酸10.61％，乙二醇丁醚46.95％。蒸馏塔3塔釜出料进入另外配备的脱轻塔分馏，脱轻塔塔顶蒸出的乙二醇丁醚和醋酸回收循环再用，脱轻塔塔釜物料打到产品精馏塔精馏，每小时可产出乙二醇丁醚醋酸酯产品5.0kg。
Claims (10)
1、一种连续酯化反应制备乙二醇丁醚醋酸酯的方法，以乙二醇丁醚与醋酸为原料，其特征在于：采用固体酸催化剂进行两段式固定床连续酯化反应，酯化温度70-150℃，酯化反应中生成的水经共沸蒸馏脱除；将酯化反应产物精馏，脱除并回收未反应的乙二醇丁醚和醋酸，得到乙二醇丁醚醋酸酯。
2、根据权利要求1所述的连续酯化反应制备乙二醇丁醚醋酸酯的方法，其特征在于：所述的固体酸催化剂是一种具有网状结构的复合增强型聚苯乙烯磺酸类强酸性离子交换树脂。
3、根据权利要求2所述的连续酯化反应制备乙二醇丁醚醋酸酯的方法，其特征在于：在合成所述的离子交换树脂的原料配比中，加入摩尔数占聚合单体20-35％的二乙烯基苯，并加入重量占单体总量1-3％的微米级石墨晶须。
4、根据权利要求1所述的连续酯化反应制备乙二醇丁醚醋酸酯的方法，其特征在于：所述的两段式固定床连续酯化反应，是指在两个均装填有固体酸催化剂的固定床反应器中连续进行的两段酯化反应，第一段酯化反应产物脱除反应生成的水后进行第二段酯化反应。
5、根据权利要求4所述的连续酯化反应制备乙二醇丁醚醋酸酯的方法，其特征在于：所述的两段式固定床连续酯化反应包括，原料乙二醇丁醚和醋酸混合并预热后，连续地进入装有固体酸催化剂的第一段固定床反应器进行酯化反应，反应产物进入蒸馏塔脱水；脱水后的物料在蒸馏塔提馏段下部被连续地抽出，并作为第二段酯化反应的进料送到第二段固定床反应器中继续进行酯化反应。
6、根据权利要求1、2或4所述的连续酯化反应制备乙二醇丁醚醋酸酯的方法，其特征在于：进入第一段固定床反应器的原料乙二醇丁醚与醋酸的摩尔比为0.7-2∶1；进入到第二段固定床反应器的物料流量为第一段固定床反应器进料量的1-5倍。
7、根据权利要求1、2或4所述的连续酯化反应制备乙二醇丁醚醋酸酯的方法，其特征在于：酯化反应温度为90-120℃。
8、根据权利要求1、2或4所述的连续酯化反应制备乙二醇丁醚醋酸酯的方法，其特征在于：所述的固定床反应器的酯化反应空速为1-10h-1。
9、根据权利要求1、2或4所述的连续酯化反应制备乙二醇丁醚醋酸酯的方法，其特征在于：所述的共沸蒸馏采用的带水剂为苯或环己烷。
10、根据权利要求1、2或4所述的连续酯化反应制备乙二醇丁醚醋酸酯的方法，其特征在于：得到的乙二醇丁醚醋酸酯经精馏得到乙二醇丁醚醋酸酯纯品。
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