CN108821967A - 一种高纯度酯类物质的合成工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高纯度酯类物质的合成工艺，合成产物为A酸B酯，A酸B酯由A酸和C醇在催化剂I的作用下发生酯化反应生成A酸C酯，A酸C酯与B醇在催化剂II的作用下发生酯交换反应生成A酸B酯，其中B醇的碳数小于C醇的碳数。本发明所述的高纯度酯类物质的合成工艺通过酯化和酯交换两步法，绿色、有效的合成高纯度酯类，获得高纯度产物，同时实现了无副产物的生成。

Description

一种高纯度酯类物质的合成工艺
技术领域
本发明属于化工领域，尤其是涉及一种高纯度酯类物质的合成工艺。
背景技术
乙酸乙酯，丙酸丙酯等低级酯是常见的化工原料，常用于食品添加剂、有机溶剂等领域，也可作为电池电解质溶剂，能够有效地改善电池的低温性能。作电解质溶剂对酯类的纯度要求极高，一般要求在99.8-99.9％以上，这对酯类的合成工艺提出了较高的要求。
传统的一步法合成工艺是将羧酸与醇混合后加入浓硫酸等催化剂直接酯化，产物经过精馏，可制得成品。虽然其具有高效的优点，但是，由于其常常导致碳化、聚合等副反应，常导致大量污染物的产生，而且该方法产品纯度较低，反应副产物较多，且会产生大量废水，污染严重，环保成本高。
新型催化剂有金属盐类、分子筛催化剂，杂多酸、离子液体、离子交换树脂等。其中，金属盐类适用范围有限，难以广泛应用；分子筛催化剂为非均相催化剂，且不腐蚀装置，操作方便。但其使用后失活现象严重，需要经常的活化再生；离子液体价格昂贵，且与产物分离困难，难以实现工业应用；杂多酸是杂原子和过渡金属通过配合形成的化合物，是很强的质子酸，其酸性一般强于通常的无机酸，是一种新型高效的催化剂。但其催化酯化反应设备庞大，催化剂分离和回收再利用困难。因此在合成高纯度酯类的工艺中，存在众多的难题。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种高纯度酯类物质的合成工艺，通过酯化和酯交换两步法，绿色、有效的合成高纯度酯类，获得高纯度产物，同时实现了无副产物的生成。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种高纯度酯类物质的合成工艺，合成产物为A酸B酯，A酸B酯由A酸和C醇在催化剂I的作用下发生酯化反应生成A酸C酯，A酸C酯与B醇在催化剂II的作用下发生酯交换反应生成A酸B酯，其中B醇的碳数小于C醇的碳数。
具体包括如下步骤：
S1：将A酸和C醇加入反应釜，在催化剂I的作用下反应合成A酸C酯，A酸与C醇的用量摩尔比为1:1～1.5:1,优选为1.2:1，反应温度为60～120℃，优选为80℃，反应时间为1-2h；
S2：将S1步骤中生成的含A酸C酯液体通入精馏塔I中，在塔顶部分离出A酸的水溶液，在塔底部分离出A酸C酯；
S3：将S2步骤中生成的A酸C酯和B醇加入反应釜，在催化剂II的作用下酯交换生成A酸B酯，A酸C酯与B醇的用量摩尔比为1:1～1:1.3，优选为1:1.1，反应温度为100～150℃，优选为120℃，反应时间为1-2h；
S4：将S3步骤中生成的含有A酸B酯的混合溶液通入精馏塔II中，在塔顶部分离出B醇，在塔中部分离出A酸B酯产物，在塔底部分离出C醇及A酸C酯的混合溶液。
进一步的，将S2步骤中生成的A酸的水溶液和环己烷通入精馏塔III中，在塔顶部分离出水和环己烷的混合物，在塔底部分离出A酸；再将水、环己烷混合物通入分水器中进行分离。
进一步的，A酸为甲酸、乙酸、丙酸、丁酸中的任一种。
进一步的，B醇为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇中的任一种。
进一步的，C醇为一种高级脂肪醇，为正己醇、环己醇、正辛醇、异辛醇、1-壬醇、1-癸醇、月桂醇、苯甲醇中的任一种，优选为异辛醇。
进一步的，催化剂I为NKC-9强酸型离子交换树脂、Amberlyst-15强酸型离子交换树脂、Amberlyst-16强酸型离子交换树脂、DOW-50W强酸型离子交换树脂中的任一种，优选为Amberlyst-15强酸型离子交换树脂。
离子交换树脂是一种高分子功能材料，一般具有孔结构，负载有活性基团，具有高效、易分离等特点。例如，NKC-9，Amberlyst-15等催化剂负债由磺酸基团，具有强酸性，能够催化活性高，易分离，易活化等特点。
进一步的，催化剂II为钛酸四丁酯、氯化亚锡、氯化锌、氢氧化钙中的任一种，优选为钛酸四丁酯。
钛酸四丁酯是一种高效酯化/酯交换反应催化剂，添加量在0.2％即能有效地催化酯化反应，具有活性高，收率高，产品稳定性好等优点。但其遇水会迅速分解，影响了其使用范围。
进一步的，精馏塔I的塔板数为4-10，优选为6。
进一步的，精馏塔II的塔板数为10～20，优选为16；回流比为10:1～1:1，优选为4:1。
相对于现有技术，本发明所述的高纯度酯类物质的合成工艺具有以下优势：
1.本发明制得的产物纯度高，高达99.995％以上；
2.本发明不产生副产物，无大量废料产生，经济性好；
3.本发明不使用浓硫酸催化剂，环境污染小；
4.本发明制备步骤简单，产品规格可控，易于工业放大。
附图说明
图1为高纯度酯类物质的合成工艺流程图。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例及附图来详细说明本发明。
实施例1
合成丙酸丙酯
将468kg的异辛醇及224kg的丙酸加入反应釜中，50kg的Amberlyst-15强酸型离子交换树脂，加入反应釜I中，反应温度为80℃，反应时间为2h，反应转化率为87.9％。
反应结束后将液相产物通入精馏塔I中，在温度为98.6～99.9℃处回收水及未反应完的丙酸，塔底回收异辛醇及丙酸异辛酯。
将上述回收的丙酸及水混合液及200kg的环己烷通入精馏塔III中，在在温度为68.0-69.9℃处分离出水和环己烷的混合物，塔底分离出丙酸。
将上述分离出的水和环己烷的环合物通入分水器4中分离。
将上述分离出的含有丙酸异辛酯的溶液，丙醇180kg，钛酸四丁酯500g加入通入反应釜II中进行酯交换反应，反应温度为120℃，反应时间为2h，反应转化率为74.2％。
将反应釜II中的产物通入精馏塔II中，在81.4-85.3℃处分离出丙醇，在122.0～122.4℃处分离出丙酸丙酯，塔底异辛醇及未反应的丙酸异辛酯通入反应釜I中参与下次反应。
最终收集丙酸丙酯190.0kg，使用气相色谱分析，其纯度为99.998％，使用卡尔费休水分测定仪分析，其含水量<0.001％。
实施例2
合成乙酸丙酯
将468kg的异辛醇及180kg的乙酸加入反应釜I中，50kg的NKC-9强酸型离子交换树脂，加入反应釜I中，反应温度为80℃，反应时间为2h，反应转化率为85.04％。
反应结束后将液相产物通入精馏塔I中，在温度为99.8～100.6℃处回收水，在温度为117.8.8～119.0℃处回收未反应完的乙酸，塔底回收异辛醇及乙酸异辛酯。
将上述分离出的含有乙酸异辛酯的溶液，丙醇180kg，钛酸四丁酯500g加入通入反应釜II中进行酯交换反应，反应温度为120℃，反应时间为3h，反应转化率为78.2％。
将反应釜II中的产物通入精馏塔II中，在81.0-86.5℃处分离出丙醇，在101.0-101.8℃处分离出乙酸丙酯，塔底异辛醇及未反应的乙酸异辛酯通入反应釜I中参与下次反应。
最终收集丙酸丙酯178.6kg，使用气相色谱分析，其纯度为99.996％，使用卡尔费休水分测定仪分析，其含水量<0.001％。
对比例1
合成丙酸丙酯
将300kg丙醇及490kg丙酸加入到反应釜中，加入150kg DOW-50W强酸型离子交换树脂，反应温度为90℃，反应时间为2.5h。反应转化率为94.3％。反应结束将反应液相产物通入精馏塔中，精馏塔塔板数为6，回流比为4:1.在温度为86.5～87.3℃处回收丙醇与水的共沸物，在温度为99.5～100.8℃回收丙酸与水，在温度为122.0～124.5℃处回收丙酸丙酯。
最终，收集丙酸丙酯625kg，使用气相色谱分析，其纯度为99.374％，使用卡尔费休水分测定仪分析，其含水量为0.334％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高纯度酯类物质的合成工艺，其特征在于：合成产物为A酸B酯，A酸B酯由A酸和C醇在催化剂I的作用下发生酯化反应生成A酸C酯，A酸C酯与B醇在催化剂II的作用下发生酯交换反应生成A酸B酯，其中B醇的碳数小于C醇的碳数。
2.根据权利要求1所述的高纯度酯类物质的合成工艺，其特征在于：包括如下步骤：
S1：将A酸和C醇加入反应釜，在催化剂I的作用下反应合成A酸C酯，A酸与C醇的用量摩尔比为1:1～1.5:1，反应温度为60～120℃，反应时间为1-2h；
S2：将S1步骤中生成的含A酸C酯液体通入精馏塔I中，在塔顶部分离出A酸的水溶液，在塔底部分离出A酸C酯；
S3：将S2步骤中生成的A酸C酯和B醇加入反应釜，在催化剂II的作用下酯交换生成A酸B酯，A酸C酯与B醇的用量摩尔比为1:1～1:1.3，反应温度为100～150℃，反应时间为1-2h；
S4：将S3步骤中生成的含有A酸B酯的混合溶液通入精馏塔II中，在塔顶部分离出B醇，在塔中部分离出A酸B酯产物，在塔底部分离出C醇及A酸C酯的混合溶液。
3.根据权利要求2所述的高纯度酯类物质的合成工艺，其特征在于：将S2步骤中生成的A酸的水溶液和环己烷通入精馏塔III中，在塔顶部分离出水和环己烷的混合物，在塔底部分离出A酸；再将水、环己烷混合物通入分水器中进行分离。
4.根据权利要求2或3所述的高纯度酯类物质的合成工艺，其特征在于：A酸为甲酸、乙酸、丙酸、丁酸中的任一种。
5.根据权利要求2或3所述的高纯度酯类物质的合成工艺，其特征在于：B醇为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇中的任一种。
6.根据权利要求2或3所述的高纯度酯类物质的合成工艺，其特征在于：C醇为一种高级脂肪醇，为正己醇、环己醇、正辛醇、异辛醇、1-壬醇、1-癸醇、月桂醇、苯甲醇中的任一种，优选为异辛醇。
7.根据权利要求2或3所述的高纯度酯类物质的合成工艺，其特征在于：催化剂I为NKC-9强酸型离子交换树脂、Amberlyst-15强酸型离子交换树脂、Amberlyst-16强酸型离子交换树脂、DOW-50W强酸型离子交换树脂中的任一种，优选为Amberlyst-15强酸型离子交换树脂。
8.根据权利要求2或3所述的高纯度酯类物质的合成工艺，其特征在于：催化剂II为钛酸四丁酯、氯化亚锡、氯化锌、氢氧化钙中的任一种，优选为钛酸四丁酯。
9.根据权利要求2或3所述的高纯度酯类物质的合成工艺，其特征在于：精馏塔I的塔板数为4-10，优选为6。
10.根据权利要求2或3所述的高纯度酯类物质的合成工艺，其特征在于：精馏塔II的塔板数为10～20，优选为16；回流比为10:1～1:1，优选为回流比大于2:1。
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