CN107382717A - 一种微通道反应器制备十二碳醇酯的连续化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微通道反应器制备十二碳醇脂的连续化工艺，以异丁醛为原料，在催化剂作用下通过微通道反应器一步直接制备十二碳醇酯，催化剂为自制复合碱催化剂；采用连续方式操作，将异丁醛经计量泵打入微通道反应器装置预热器后通过反应区反应，反应过程完成后，产物从微通道反应器的出口流出，得到粗品，粗品经精馏提纯得到合格产品，未反应的异丁醛再循环参与反应；本发明采用的复合碱做催化剂采用微通道反应器可以缩短反应时间，降低副反应的发生，提高异丁醛的转化率，较容易得到高纯产品；针对十二碳醇酯热敏性质比釜式反应器具有更好的可操作性，反应结束后不需要经过过滤等方法处理，直接精馏得到高纯产品，生产工艺简单。

Description

一种微通道反应器制备十二碳醇酯的连续化工艺
技术领域
本发明涉及的是精细化工产品的合成制备技术领域，具体的说是一种微通道反应器制备十二碳醇脂的连续化工艺。
背景技术
十二碳醇酯也称为醇酯十二或Texanol醇酯，化学名为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯，是新兴的绿色成膜助剂，应用越来越广泛，主要是作为乳胶漆的成膜助剂得到了广泛关注。与普通成膜助剂相比，十二碳醇酯有诸多优点：树脂相溶性好，用量少，成膜温度低，膜流平性、展色性好，凝固点低，水解稳定性好，毒性低，是一种极好的乳胶漆成膜助剂，可以有效地用于聚乙酸乙烯均聚物、共聚物和三聚物中，以及纯丙烯酸、苯乙烯/丙烯酸、聚丁苯乙烯和乙烯基乙酸乙烯等乳胶中。此外，十二碳醇酯还可作为高沸点溶剂以及增塑剂来使用。
目前十二碳醇酯的生产可分为间接法和直接法两大种，间接合成法是在弱酸性条件下，先由异丁醛发生三分子自聚生成三聚异丁醛，然后三聚异丁醛经催化加氢生成2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇(TMPD)和异丁醇，TMPD与异丁酸经酯化制得十二碳醇酯的粗品，最后经分离提纯得到产品。该工艺优点为副产物少，缺点是工艺复杂，异丁醛原料利用率低，而且需要另外加入异丁酸，增加了原料消耗。因此使用很少。直接法工艺简单，设备投资少，原料易得，为目前主要使用的生产方法。直接法是在弱碱性条件下，首先由异丁醛自身进行羟醛缩合反应生成2,2,4-三甲基-3-羟基戊醛，所得产物在碱性条件下与异丁醛进一步反应得到粗产品，该粗产品再经分离提纯得符合标准的产品。
目前直接法大都采用的都是釜式反应器，催化剂主要是碱或碱土金属的氧化物以及氢氧化物。十二碳醇酯为热敏性物质，在有催化剂存在的条件下，很容易发生断链生成副产物2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇(TMPD)。TMPD在精馏过程中会影响产品纯度，当TMPD含量过高时无法通过精馏得到高纯度产品，为了得到高纯产品，必须严格控制TMPD的含量。控制TMPD的方法就是缩短反应时间，降低异丁醛的转化率。而采用釜式反应器很难达到在减少反应时间的同时降低副反应的发生。我们采用微通道反应器，通过复合碱催化剂，反应时间短，反应后所得反应液中原料异丁醛的转化率大于90％，产物醇酯十二的选择性大于95％。该工艺可操作性强，工艺简单，产品纯度高，成本较低，生产过程中不产生废水废渣等优点。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供了一种微通道反应器制备十二碳醇脂的连续化工艺，该工艺具有催化剂容易回收，可重复利用，反应时间短，选择性较好，收率高，生产中基本上不产生废水等优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种微通道反应器制备十二碳醇脂的连续化工艺，以异丁醛为原料，在催化剂作用下通过微通道反应器一步直接制备十二碳醇酯，催化剂为自制复合碱催化剂；采用连续方式操作，将异丁醛经计量泵打入微通道反应器装置预热器后通过反应区反应，反应过程完成后，产物从微通道反应器的出口流出，得到粗品，粗品经精馏提纯得到合格产品，未反应的异丁醛再循环参与反应。
进一步，所述微通道反应器具有管状结构的直流型通道，以及具有球型或心型结构的增强混合型通道，通道水力直径其0.2-5mm；预热器的温度70-80℃，原料中催化剂用量为总质量的0.2-5％，微通道反应器中的反应温度为90-120℃,反应压力为0.1-1.0MPa，反应液在微通道反应器中的反应停留时间为100-600s。
进一步，所述微通道反应器催化剂为复合催化剂，其中碱金属为钾，钠，钙，镁的氧化物，氢氧化物和碳酸盐中的一种或几种，其中碱性阳离子树脂为50-80％，氢氧化物10-30％，碱金属氧化物0-20％，碳酸盐0-20％。
进一步，所述微通道反应器的材质为铁，铜，钛，不锈钢，钛合金，铜合金，哈式合金或者表面涂覆有惰性防腐层的上述金属材料，以及单晶硅，玻璃，陶瓷。碳复合材料，聚四氟乙烯，聚全氟烷氧基树脂，耐压能力视材质不同而不同，反应系统的操作压力在0-2.0MPa。
采用上述结构后，本发明的有益效果为：本发明采用的复合碱做催化剂采用微通道反应器可以缩短反应时间，降低副反应的发生，提高异丁醛的转化率，较容易得到高纯产品；针对十二碳醇酯热敏性质比釜式反应器具有更好的可操作性，反应结束后不需要经过过滤等方法处理，直接精馏得到高纯产品，具有生产工艺更加简单，生产过程中无废水废渣等优点，使得生产工艺更加绿色环保。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
将720g异丁醛、经计量泵打入微通道反应器装置预热器，预热器温度为70-75℃，气化后通过反应区反应(催化剂为14g，其中m(树脂催化剂)：m(氢氧化钙)＝10:4)，反应温度为95℃，反应压力为0.01-0.02MPA,反应时间为600s,反应过程完成后，产物从微通道反应器的出口流出，精馏得到产品，异丁醛的转化率为90％，选择性为97.8％。
实施例2
将720g异丁醛、经计量泵打入微通道反应器装置预热器，预热器温度为70-75℃，气化后通过反应区反应(催化剂为14g，其中m(树脂催化剂)：m(氢氧化钙)，m(氧化钙)＝10:3：1)，反应温度为100-105℃，反应压力为0.01-0.02MPA,反应时间为600s,反应过程完成后，产物从微通道反应器的出口流出，精馏得到产品，异丁醛的转化率为97％，选择性为98.1％。
实施例3
将720g异丁醛、经计量泵打入微通道反应器装置预热器，预热器温度为70-75℃，气化后通过反应区反应(催化剂为14g，其中m(树脂催化剂)：m(氢氧化镁)，m(氧化钙)＝10:2：2)，反应温度为100-105℃，反应压力为0.01-0.02MPA,反应时间为600s,反应过程完成后，产物从微通道反应器的出口流出，精馏得到产品，异丁醛的转化率为93％，选择性为95.8％。
实施例4
将720g异丁醛、经计量泵打入微通道反应器装置预热器，预热器温度为75-80℃，气化后通过反应区反应(催化剂为14g，其中m(树脂催化剂)：m(氢氧化镁)，m(碳酸钙)＝10:3:1)，反应温度为100-105℃，反应压力为0.01-0.02MPA,反应时间为600s,反应过程完成后，产物从微通道反应器的出口流出，精馏得到产品，异丁醛的转化率为94.6％，选择性为95.0％。
实施例5
将720g异丁醛、经计量泵打入微通道反应器装置预热器，预热器温度为70-75℃，气化后通过反应区反应(催化剂为28g，其中m(树脂催化剂)：m(氢氧化钙)，m(氧化钙)＝20:6:2)，反应温度为95℃，反应压力为0.01-0.02MPA,反应时间为600s,反应过程完成后，产物从微通道反应器的出口流出，精馏得到产品，异丁醛的转化率为95％，选择性为98.8％。
实施例6
将720g异丁醛、经计量泵打入微通道反应器装置预热器，预热器温度为70-75℃，气化后通过反应区反应(催化剂为7.2g，其中m(树脂催化剂)：m(氢氧化钠)，m(碳酸钠)＝5:1.1：1.1)，反应温度为90℃，反应压力为0.01-0.02MPA,反应时间为300s,反应过程完成后，产物从微通道反应器的出口流出，精馏得到产品，异丁醛的转化率为97.3％，选择性为95.4％。
实施例7
将720g异丁醛、经计量泵打入微通道反应器装置预热器，预热器温度为75-80℃，气化后通过反应区反应(催化剂为25g，其中m(树脂催化剂)：m(氢氧化钙)，m(氧化钙)＝17.5:5：2.5)，反应温度为100℃，反应压力为0.01-0.02MPA,反应时间为600s,反应过程完成后，产物从微通道反应器的出口流出，精馏得到产品，异丁醛的转化率为94％，选择性为96.8％。
本具体实施方式采用的复合碱做催化剂采用微通道反应器可以缩短反应时间，降低副反应的发生，提高异丁醛的转化率，较容易得到高纯产品；针对十二碳醇酯热敏性质比釜式反应器具有更好的可操作性，反应结束后不需要经过过滤等方法处理，直接精馏得到高纯产品，具有生产工艺更加简单，生产过程中无废水废渣等优点，使得生产工艺更加绿色环保。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种微通道反应器制备十二碳醇脂的连续化工艺，其特征在于：以异丁醛为原料，在催化剂作用下通过微通道反应器一步直接制备十二碳醇酯，催化剂为自制复合碱催化剂；采用连续方式操作，将异丁醛经计量泵打入微通道反应器装置预热器后通过反应区反应，反应过程完成后，产物从微通道反应器的出口流出，得到粗品，粗品经精馏提纯得到合格产品，未反应的异丁醛再循环参与反应。
2.根据权利要求1所述的一种微通道反应器制备十二碳醇脂的连续化工艺，其特征在于：所述微通道反应器具有管状结构的直流型通道，以及具有球型或心型结构的增强混合型通道，通道水力直径其0.2-5mm；预热器的温度70-80℃，原料中催化剂用量为总质量的0.2-5％，微通道反应器中的反应温度为90-120℃,反应压力为0.1-1.0MPa，反应液在微通道反应器中的反应停留时间为100-600s。
3.根据权利要求1所述的一种微通道反应器制备十二碳醇脂的连续化工艺，其特征在于：所述微通道反应器催化剂为复合催化剂，其中碱金属为钾，钠，钙，镁的氧化物，氢氧化物和碳酸盐中的一种或几种，其中碱性阳离子树脂为50-80％，氢氧化物10-30％，碱金属氧化物0-20％，碳酸盐0-20％。
4.根据权利要求1所述的一种微通道反应器制备十二碳醇脂的连续化工艺，其特征在于：所述微通道反应器的材质为铁，铜，钛，不锈钢，钛合金，铜合金，哈式合金或者表面涂覆有惰性防腐层的上述金属材料，以及单晶硅，玻璃，陶瓷。碳复合材料，聚四氟乙烯，聚全氟烷氧基树脂，耐压能力视材质不同而不同，反应系统的操作压力在0-2.0MPa。
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