CN107698552A - 一种分子筛膜反应器制备丙酮缩甘油的方法 - Google Patents

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黄春龙
姜鹏
楚庆岩
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    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D317/00—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having two oxygen atoms as the only ring hetero atoms
    • C07D317/08—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having two oxygen atoms as the only ring hetero atoms having the hetero atoms in positions 1 and 3
    • C07D317/10—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having two oxygen atoms as the only ring hetero atoms having the hetero atoms in positions 1 and 3 not condensed with other rings
    • C07D317/14—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having two oxygen atoms as the only ring hetero atoms having the hetero atoms in positions 1 and 3 not condensed with other rings with substituted hydrocarbon radicals attached to ring carbon atoms
    • C07D317/18—Radicals substituted by singly bound oxygen or sulfur atoms
    • C07D317/20—Free hydroxyl or mercaptan

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Abstract

本发明公开了一种分子筛膜反应器制备丙酮缩甘油的方法，具体步骤是：以丙酮和甘油为原料，在催化剂作用下利用膜反应器制备丙酮缩甘油，物料通过催化层反应，反应过程中产生的水通过分子筛膜渗透出，使反应向正向进行；本发明以负载型固体酸，杂多酸或酸性离子交换树脂为催化剂；本发明具有催化剂容易回收，重复利用寿命长，单程转化率高，不需要添加带水剂和干燥剂，收率高，生产中基本上不产生废水等优点。

Description

一种分子筛膜反应器制备丙酮缩甘油的方法
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，具体的说是一种分子筛膜反应器制备丙酮缩甘油的方法。
背景技术
丙酮缩甘油，又称1,2-异丙叉甘油(英文名为solketal)，是一种重要的有机溶剂、增塑剂以及重要的有机合成中间体。2010年巴西的研究人员首次用丙酮缩甘油代替甲基叔丁基醚(MTBE)作为汽油燃料的添加剂，与普通汽油相调和，汽油的辛烷值提高2.5个单位同时减少胶质物质的生成，同时不会使汽油的蒸馏曲线产生明显变化，为甘油的高附加值加工提供了一条新的途径。丙酮缩甘油的合成大体分为直接法和间接法两种。在酸性条件下丙酮与甘油直接发生的缩合称为直接法；在某种条件下，一种中间物与甲醇或丙酮的反应称为间接法，通常采用的是直接法，其反应式如下:
此反应为平衡反应，当反应中水的量达到一定比例式，反应达到平衡，无法继续进行下去。
分子筛膜是一类具有规则微孔道结构的无机膜材料，主要成分为硅铝酸盐，具有高的渗透通量、高的水选择性和稳定性，成为新一代有机溶剂透水膜材料。分子筛膜脱水技术在组分蒸汽分压差的推动下，利用组分在膜孔道的溶解(吸附)-扩散速率的不同和分子大小差别。实现组分间的分离，不受分离体系汽液平衡的限制、单级分离效率高，特别适合恒沸、近沸混合物的分离。具有高效节能与传统的精馏、吸附技术相比可节能30-50％以上；回收率高收率不低于98％，渗透液回收利用可达到99％以上；环境友好不需要引入第三种组分，同时渗透液可以回收处理并循环使用；操作简单通过PLC进行生产过程控制，采用HMI进行实时监控，自动化程度高；占地空间小，安装维护方便装备高度低，模块化设计，安装维护简单，无土建要求；膜性能优与有机膜相比，通量大、分离系数高、耐有机溶剂、不溶胀、膜寿命长。
我们结合分子筛膜的优点和此反应的特点，将分子筛膜反应器应用到此反应中，提高了反应的单程转化率，甘油的单程转化率达80％以上，经过精馏得到含量99％的合格产品。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种分子筛膜反应器制备丙酮缩甘油的方法，以负载型固体酸，杂多酸或酸性离子交换树脂为催化剂；该方法具有催化剂容易回收，重复利用寿命长，单程转化率高，不需要添加带水剂和干燥剂，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：
一种分子筛膜反应器制备丙酮缩甘油的方法是：以丙酮和甘油为原料，在催化剂作用下利用膜反应器制备丙酮缩甘油，物料通过催化层反应，反应过程中产生的水通过分子筛膜渗透出，使反应向正向进行。
进一步，所述膜反应器为列管式透水型3A分子筛膜，膜厚度为0.1-0.5cm，长度为宽度的10-50倍。
进一步，所述催化剂选自杂多酸催化剂，固体酸催化剂或离子交换树脂催化剂，催化剂的孔隙率为40％-50％。
进一步，所述丙酮和甘油的配比为0.6:1-10:1，反应温度为：35-120℃，反应压力为-0.5-1.5MPa，质量空速为：0.5-3.0。
采用上述结构后，本发明的有益效果为：本发明以负载型固体酸，杂多酸或酸性离子交换树脂为催化剂；本发明具有催化剂容易回收，重复利用寿命长，单程转化率高，不需要添加带水剂和干燥剂，收率高，生产中基本上不产生废水等优点。
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
反应器为列管式3A分子筛膜反应器，膜厚1cm，内径为30mm，管长1000mm，管内装填酸性树脂催化剂100g，200g的甘油和500g丙酮加热后以100g/h速度进入温度为54℃的分子筛膜反应器，控制内外压差为0.5MPa，反应段结束后直接进行精馏，甘油的单程转化率为90.5％，合成丙酮缩甘油的选择性为93.5％。
实施例2
反应器为列管式3A分子筛膜反应器，膜厚1cm，内径为30mm，管长1000mm，管内装填酸性树脂催化剂100g，200g的甘油和800g丙酮加热后以100g/h速度进入温度为54℃的分子筛膜反应器，控制内外压差为0.5MPa，反应段结束后直接进行精馏，甘油的单程转化率为86.2％，合成丙酮缩甘油的选择性为94.4％。
实施例3
反应器为列管式3A分子筛膜反应器，膜厚1cm，内径为30mm，管长1000mm，管内装填酸性树脂催化剂100g，200g的甘油和800g丙酮加热后以100g/h速度进入温度为65℃的分子筛膜反应器，控制内外压差为0.5MPa，反应段结束后直接进行精馏，甘油的单程转化率为92.1％，合成丙酮缩甘油的选择性为93.5％。
实施例4
反应器为列管式3A分子筛膜反应器，膜厚1cm，内径为30mm，管长1500mm，管内装填酸性树脂催化剂100g，200g的甘油和800g丙酮加热后以100g/h速度进入温度为65℃的分子筛膜反应器，控制内外压差为1.0MPa，反应段结束后直接进行精馏，甘油的单程转化率为95.1％，合成丙酮缩甘油的选择性为93.6％。
实施例5
反应器为列管式3A分子筛膜反应器，膜厚1cm，内径为30mm，管长1500mm，管内装填固体酸催化剂110g，200g的甘油和800g丙酮加热后以100g/h速度进入温度为65℃的分子筛膜反应器，控制内外压差为1.0MPa，反应段结束后直接进行精馏，甘油的单程转化率为83％，合成丙酮缩甘油的选择性为90.0％。
实施例6
反应器为列管式3A分子筛膜反应器，膜厚1cm，内径为30mm，管长1500mm，管内装填杂多酸催化剂120g，200g的甘油和800g丙酮加热后以100g/h速度进入温度为65℃的分子筛膜反应器，控制内外压差为1.0MPa，反应段结束后直接进行精馏，甘油的单程转化率为84.3％，合成丙酮缩甘油的选择性89.8％。
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)

1.一种分子筛膜反应器制备丙酮缩甘油的方法，其特征在于：具体步骤是：以丙酮和甘油为原料，在催化剂作用下利用膜反应器制备丙酮缩甘油，物料通过催化层反应，反应过程中产生的水通过分子筛膜渗透出，使反应向正向进行。
2.根据权利要求1所述的一种分子筛膜反应器制备丙酮缩甘油的方法，其特征在于：所述膜反应器为列管式透水型3A分子筛膜，膜厚度为0.1-0.5cm，长度为宽度的10-50倍。
3.根据权利要求1所述的一种分子筛膜反应器制备丙酮缩甘油的方法，其特征在于：所述催化剂选自杂多酸催化剂，固体酸催化剂或离子交换树脂催化剂，催化剂的孔隙率为40％-50％。
4.根据权利要求1所述的一种分子筛膜反应器制备丙酮缩甘油的方法，其特征在于：所述丙酮和甘油的配比为0.6:1-10:1，反应温度为：35-120℃，反应压力为-0.5-1.5MPa，质量空速为：0.5-3.0。
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