CN102746146B - 乙酸乙酯的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种乙酸乙酯的制备方法，主要解决现有技术中存在催化剂载体孔径较小，不利于杂多酸的内扩散，造成催化剂活性低，乙酸乙酯收率低的问题。本发明通过采用以乙酸和乙醇为原料，在原料摩尔比乙酸∶乙醇＝1∶1～1∶10，反应温度30～150℃，反应时间0.5～10小时，催化剂用量为原料重量的0.1～20％条件下，原料与催化剂接触，反应生成乙酸乙酯；所述催化剂以重量百分比计，包括以下组分：a)10～50％的硅钨杂多酸，b)50～90％的载体SiO₂，其中所述载体SiO₂经浓度为0.001～5摩尔/升的碱性溶液处理的技术方案较好地解决了该问题，可用于制备乙酸乙酯的工业生产中。

Description

乙酸乙酯的制备方法

技术领域

本发明涉及一种乙酸乙酯的制备方法。

背景技术

乙酸乙酯是一种具有水果香味的无色透明液体，具有优异的溶解性、挥发速度和快干型，在工业中主要用作生产涂料、粘合剂、乙基纤维素、氯化橡胶、乙烯树脂、乙酸纤维素酯、纤维素乙酸丁酯、人造革、油毡着色剂以及人造珍珠等的生产，作为提取剂用于医药、有机酸产品等生产，此外还可用作生产水果香精和威士忌、奶油等香料的原料，在纺织工业中用作清洗剂等。近年来，随着世界经济持续稳定增长，建筑、汽车等行业发展迅速，环保法规日益严格，采用高档溶剂生产涂料、油墨、粘合剂等产品已成大势所趋，从而带动乙酸乙酯类溶剂需求的快速增长。

传统乙酸乙酯的生产方法使用浓硫酸作为催化剂，该方法存在反应温度高，乙酸利用率低，易发生副反应，产品处理困难、催化剂对设备腐蚀性强，废液污染环境以及生产成本高等缺点，逐渐被固体酸催化剂所取代。文献CN200710118426.7介绍了一种用于酯化反应的硅钨、磷钨杂多酸负载型催化剂、制法及应用，它采用Keggin结构硅钨酸H₃SiW₁₂O₄₀·xH₂O、磷钨酸H₃PW₁₂O₄₀·x H₂O，将其负载在Hβ沸石上。但是使用Hβ沸石作为载体，由于载体孔径较小，不利于硅钨酸内扩散进入孔道，造成硅钨酸的流失，其催化剂活性较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术存在催化剂载体孔径较小，不利于杂多酸的内扩散，造成催化剂活性低，乙酸乙酯收率低的问题，提供一种新的乙酸乙酯的制备方法。

该方法具有催化剂活性高，乙酸乙酯选择性好的特点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种乙酸乙酯的制备方法，以乙酸和乙醇为原料，在原料摩尔比乙酸∶乙醇＝1∶1～1∶10，反应温度30～150℃，反应时间0.5～10小时，催化剂用量为原料重量的0.1～20％条件下，原料与催化剂接触，反应生成乙酸乙酯；所述催化剂以重量百分比计，包括以下组分：

a)10～50％的Keggin结构硅钨杂多酸H₃SiW₁₂O₄₀·x H₂O，其中x＝0～30，

b)50～90％的载体SiO₂，

其中，所述载体SiO₂经浓度为0.001～5摩尔/升的碱性溶液处理，处理温度为10～100℃，处理时间8～48小时；所述碱性溶液选自NaOH溶液、Na₂CO₃溶液、NaHCO₃溶液、KOH溶液或K₂CO₃溶液中的至少一种。

上述技术方案中，所述碱性溶液的浓度优选范围为0.01～1摩尔/升，处理温度优选范围为30～80℃，处理时间优选范围为16～24小时。原料摩尔比优选范围为乙酸∶乙醇＝1∶2～1∶5，反应温度优选范围为50～130℃，反应时间优选范围为1～10小时，催化剂用量优选范围为原料重量的0.1～10％。以重量百分比计，Keggin结构硅钨杂多酸H₃SiW₁₂O₄₀·x H₂O的用量优选范围为30～50％，载体SiO₂的用量优选范围为50～70％。

本发明中所用的硅钨杂多酸负载型催化剂的制备方法，包括以下步骤：

a)将成型SiO₂载体在温度10～100℃条件下，于0.001～5摩尔/升的碱性溶液中浸渍8～48小时，经过滤、洗涤、干燥后备用；其中，所述碱性溶液选自NaOH溶液、Na₂CO₃溶液、NaHCO₃溶液、KOH溶液或K₂CO₃溶液中的至少一种；

b)将Keggin结构硅钨杂多酸H₃SiW₁₂O₄₀·x H₂O(x＝0～30)溶于水或有机溶剂中；所述有机溶剂选自甲醇、丙酮、乙腈或乙醇中的至少一种；

c)将经步骤a)处理的SiO₂载体与步骤b)得到的硅钨杂多酸溶液混合；其中，硅钨杂多酸与SiO₂载体的重量比为1∶1～1∶10，水或有机溶剂与SiO₂载体的液固比为0.5～15毫升/克；

d)将步骤c)得到的液固混合物动态浸渍，然后在惰性气氛下干燥、焙烧，得到所述硅钨杂多酸负载型催化剂；其中动态浸渍温度为10～100℃，动态浸渍时间为8～48小时。惰性气氛下干燥温度为60～220℃，干燥时间为3～48小时，焙烧温度为100～700℃，焙烧时间为1～12小时；所述惰性气氛为氮气。

其中，步骤a)中，所述碱性溶液的浓度优选范围为0.01～1摩尔/升，浸渍温度优选范围为30～80℃，浸渍时间优选范围为16～24小时。步骤c)中，硅钨杂多酸与SiO₂载体的重量比优选范围为1∶1～1∶5，水或有机溶剂与SiO₂载体的液固比优选范围为0.5～5毫升/克。步骤d)中，动态浸渍温度优选范围30～80℃，动态浸渍时间优选范围16～24小时，干燥时间优选范围3～24小时，干燥温度优选范围80～180℃，焙烧温度优选范围300～500℃，焙烧时间优选范围3～8小时。

本发明方法中所述的动态浸渍是指液固混合物的浸渍是在搅拌的状态下，或在旋转蒸发仪中，或在震荡器中进行。

本发明方法中的催化剂使用碱性溶液处理过的SiO₂作为载体，使孔径增大，有利于杂多酸的内扩散，催化剂热稳定性好，活性高，选择性好。采用本发明方法，乙酸的转化率可达99.9％，乙酸乙酯的选择性可达100％，取得了较好的技术效果。

下面通过实施例对本发明作进一步阐述。

具体实施方式

【实施例1】

将成型好的SiO₂浸渍在0.01摩尔/升Na₂CO₃溶液中，浸渍温度40℃，浸渍时间16小时，然后将浸渍好的SiO₂进行过滤、水洗至中性、干燥以备用。取Keggin结构硅钨酸H₃SiW1₂O₄₀·x H₂O20克溶于10毫升去离子水中。取上述碱处理好备用的SiO₂20克与上述硅钨酸溶液相混合，去离子水与SiO₂的液固比为0.5毫升/克，在旋转蒸发仪中，浸渍温度60℃，不断旋转、浸渍24小时；之后取出在氮气流下干燥6小时，干燥温度120℃；再在氮气流下，300℃下焙烧3小时制成50重量％硅钨酸/SiO₂化剂。

用制得的催化剂进行酯化反应。将催化剂加入到三口烧瓶中，催化剂浓度为6％，并依次加入乙醇和冰醋酸，冰醋酸/乙醇(摩尔比)为1∶3.5，在加热70℃、搅拌回流条件下进行反应。反应2小时结束后，取反应液进行分析。得到乙酸的转化率98.7％，乙酸乙酯的选择性100％。

【实施例2～5】

同【实施例1】制备催化剂，并将制备的催化剂用于制备乙酸乙酯。具体见表1。

【比较例1】

在三口烧瓶中依次加入乙醇和冰醋酸，乙酸/乙醇(摩尔比)为1∶3.5，加热到70℃，后加入10ml98％的浓硫酸，浓度为6重量％，在搅拌回流条件下进行反应。反应2小时结束后，取反应液进行分析。得到乙酸的转化率95％，乙酸乙酯的选择性90％。

【比较例2】

取Keggin结构硅钨酸H₃SiW₁₂O₄₀·x H₂O25g溶于50ml去离子水中，取未经碱处理的SiO₂35g与上述硅钨酸溶液相混合，去离子水的体积与SiO₂质量的液固比为1.4ml/g，在旋转蒸发仪中，浸渍温度80℃，不断旋转、浸渍24h；之后取出在氮气流下干燥20h，干燥温度60℃；再在氮气流下，500℃下焙烧8h制成42％硅钨酸/SiO₂催化剂。用制得的催化剂进行酯化反应。与实施例1相同的催化剂考评方法，得到乙酸的转化率89.0％，乙酸乙酯的选择性96％。

表1

Claims (1)

1.一种乙酸乙酯的制备方法，将成型好的SiO₂浸渍在0.05摩尔/升Na₂CO₃溶液中，浸渍温度30℃，浸渍时间18小时，然后将浸渍好的SiO₂进行过滤、水洗至中性、干燥以备用；取Keggin结构硅钨酸H₃SiW₁₂O₄₀·x H₂O10克溶于20毫升甲醇中；取上述碱处理好备用的SiO₂20克与上述硅钨酸溶液相混合，甲醇与SiO₂的液固比为1毫升/克，在旋转蒸发仪中，浸渍温度30℃，不断旋转、浸渍18小时；之后取出在氮气流下干燥24小时，干燥温度80℃；再在氮气流下，320℃下焙烧6小时制成33重量％硅钨酸/SiO₂催化剂；

用制得的催化剂进行酯化反应，将催化剂加入到三口烧瓶中，催化剂重量浓度为0.1％，并依次加入乙醇和冰醋酸，冰醋酸/乙醇的摩尔比为1∶2，在加热50℃下反应1小时结束，取反应液进行分析，得到乙酸的转化率97.5％，乙酸乙酯的选择性99％。