CN109438196B - 一种制备2,2-二甲氧基丙烷的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备2,2‑二甲氧基丙烷的方法，包括：甲醇与丙酮在多塔串联的塔式反应器内共沸进行缩合反应，控制所述塔式反应器的反应压力在700Pa～2.0KPa，塔釜反应温度在2℃～18℃，塔顶收集生成的共沸物，经分离得到2,2‑二甲氧基丙烷。该方法使得2,2‑二甲氧基丙烷的合成与分离同时在塔式反应器内进行，避免了产物进行复杂的后处理。

Description

一种制备2,2-二甲氧基丙烷的方法
技术领域
本发明属于化学合成领域，具体涉及一种制备2,2-二甲氧基丙烷的方法。
背景技术
2,2-二甲氧基丙烷(以下简称DMP)是一种重要的化工中间体，其主要用作羟基保护剂、脱水剂、缩合剂、环化剂等，在医药、农药、香料等合成中有广泛的用途。
工业上生产制备2,2-二甲氧基丙烷主要有直接法和间接法两种策略。直接法是较为方便可行的方法。
直接法主要用甲醇和丙酮直接反应制备DMP，其化学反应方程式为：
Figure BDA0001854198500000011
该反应为可逆反应，平衡常数较小。
文献Preparation of Ketone Acetals from Linear Ketones and Alcohols,N.B.LORETTE,W.L.HOWARD,J.H.BROWNJr.J.Org.Chem.,1959,24(11),pp1731-1733报道了甲醇、丙酮在摩尔比4:1的条件下，在-28℃下丙酮转化率32％，24℃下丙酮转化率11％。
为了提高DMP的收率，就需要使得上述平衡右移，为此有两种合成策略：降低反应温度和将反应生成的水及时移走。
文献Lorette NB,Howard WL,Brown Jr JH.J.Org.Chem.1959,24(11),1741提出了用强酸性离子交换树脂做催化剂，利用低温和改变甲醇、丙酮的摩尔比，以使反应平衡右移的策略。反应结束后，反应液中加入丙酮从而得到甲醇、丙酮、DMP的共沸物。该策略要求低温，且反应时间长，转化率低，并且需要萃取和蒸馏的方法，后处理非常繁琐，且损失较大。
美国专利US4136124报道了让酮、醇和酸的无水混合物在碳氢化合物中进行反应。反应中加入吸水剂如无水硫酸钙等移除反应中生成的水，从而使反应朝有利于产物生成的方向进行。该策略操作繁琐，需要滤除吸水剂，并对吸水剂进行脱水操作，能耗较高。
美国专利US4775447报道了用酸性树脂在0～25℃下催化DMP生产。利用丙酮与甲醇共沸的方式，将产物中剩余甲醇和丙酮蒸出，实现DMP浓缩的方法。美国专利US2002042543报道了利用酸性树脂催化制备DMP，通过将制备DMP和IPM的反应液循环套用，并辅以萃取分离，提高了原料利用率，降低能耗的策略。但是这两个技术方案都需要对产物进行后处理分离，操作繁琐。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种制备2,2-二甲氧基丙烷的方法，使得2,2-二甲氧基丙烷的合成与分离同时在塔式反应器内进行，避免了产物进行复杂的后处理。
本发明所提供的技术方案为：
一种制备2,2-二甲氧基丙烷的方法，包括：甲醇与丙酮在多塔串联的塔式反应器内共沸进行缩合反应，控制所述塔式反应器的反应压力在700Pa～2.0KPa，塔釜反应温度在2℃～18℃，塔顶收集生成的共沸物，经分离得到2,2-二甲氧基丙烷。
本发明通过控制塔式反应器的反应压力以及塔釜反应温度，使得甲醇与丙酮在塔式反应器内共沸，共沸后的原料在塔式反应器内进行缩合反应，同时塔式反应器能够对反应生成的共沸物进行精馏分离，避免了产物进行复杂的后处理。
本发明中反应生成的共沸物是指产物2,2-二甲氧基丙烷与原料甲醇、丙酮的混合物。共沸物由塔式反应器的塔顶收集，而反应生成的水由塔釜进行收集。
本发明所述塔式反应器为板式精馏塔，串联数为2～5个。多级串联的板式精馏塔使得上一级塔顶收集的混合物馏分，再次进行连续反应与连续精馏分离，提高最终产物2,2-二甲氧基丙烷的纯度。作为优选，所述串联数为2～3个。
本发明所述塔式反应器的总塔板数大于具体反应条件下的最小反应理论塔板数与反应效率的比值。
本发明所述板式精馏塔填充有催化剂强酸性阳离子树脂。作为优选，所述强酸性阳离子树脂为业内共知的强酸性阳离子交换树脂：如苯乙烯系阳离子交换树脂等。
本发明所述板式精馏塔的回流比R控制在0.6～1.2。
作为其中一种优选，所述塔式反应器包括依次串联的第一板式精馏塔、第二板式精馏塔和第三板式精馏塔。
作为优选，所述第一板式精馏塔的反应压力控制在1.8KPa～2.0KPa，塔釜反应温度控制在16℃～18℃；所述第二板式精馏塔的反应压力控制在1.2kPa～1.5kPa，塔釜反应温度控制在10℃～13℃；所述第三板式精馏塔的反应压力控制在700Pa～900Pa，塔釜反应温度控制在2℃～5℃。上述各反应阶段的塔釜反应温度为对应压力下水的泡点温度，使得反应生成的水由塔釜及时地进行收集。
本发明所用丙酮、甲醇的摩尔比应为具体反应温度、反应压力下的丙酮、甲醇共沸摩尔比组成，以保证塔釜无甲醇残留。作为优选，所述甲醇与丙酮以摩尔比为2～2.5:1的混合液加入到塔式反应器内。进一步优选为2:1，以保证塔釜无甲醇、丙酮残留。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)本发明采用高真空低温的条件进行反应，使得反应平衡右移，极大地提高了反应转化率，同时达到节约能耗的目的。
(2)本发明采用塔式反应器同时结合高真空低温的条件，使得2,2-二甲氧基丙烷的合成与分离同时在塔式反应器内进行，避免了产物进行复杂的后处理。
(3)本发明采用反应精馏的方法，将反应中生成的水及时的从体系中脱出，极大的提高了DMP的转化率，从而避免了低温操作或脱水剂的使用，简化了流程。
(4)本发明所使用的原料甲醇、丙酮均便宜易得，且可回收套用；所使用的催化剂为便宜易得、可再生使用的酸性材料；且该工艺绿色环保，极具市场竞争力。
附图说明
图1为实施例1中所使用的塔式反应器的结构示意图；
图2为实施例2中所使用的塔式反应器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所述，塔式反应器包括原料罐1、原料泵2、第一板式精馏塔3、第二板式精馏塔4、第三板式精馏塔5、进料换热器6、塔釜再沸器7、塔顶冷凝器8、塔釜水收集罐9、产物收集罐10以及排空冷凝器11。其中，第一板式精馏塔3、第二板式精馏塔4与第三板式精馏塔5依次串联。原料罐1储藏着甲醇与丙酮的混合液，通过原料泵2经进料换热器6送入第一板式精馏塔3进行缩合反应，反应生成的混合物馏分经塔顶冷凝器8冷凝后，由塔顶再次进入第二板式精馏塔4，部分混合物馏分回流到第一板式精馏塔3中。第二板式精馏塔4塔顶的混合物馏分经塔顶冷凝器8冷凝后，再次进入第三板式精馏塔5，部分混合物馏分回流到第二板式精馏塔4中。反应生成的水由塔釜进入水收集罐9进行收集。第三板式精馏塔5塔顶的产物由产物收集罐10进行收集，部分产物经塔顶冷凝器8冷凝后再次进入第三板式精馏塔5。三塔共用一套抽真空系统，其中真空泵前设有排空冷凝器11，冷凝后的成品物料回流至成品收集罐10。
具体实施例如下：
板式精馏塔塔高为1.5m，用强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂填充反应塔，以丙酮、甲醇混合液(摩尔比＝1:2)从侧线(塔高0.3m处)进入1.5m塔内，进料流速以组分中甲醇计为1.25mol/h。将塔顶馏出物作为下一个塔的进料，继续反应。连续串联3根相同的塔(总塔板数N≈50×0.8×3＝120，大于该温度、压力下的最小理论反应板数Nmin＝113)，依次控制第一根塔内压力为2.0kPa，塔釜温度为18℃，回流比R＝0.6，第二根塔内压力为1.2kPa，塔釜温度为10℃，回流比R＝0.8，第三根塔内压力为700Pa，塔釜温度为2℃，回流比R＝1.2。
各塔塔釜得水，含量99％。塔顶得DMP、甲醇、丙酮混合液。最终从第三根塔顶收集精馏馏分，馏分中各组分质量含量为：98.23％DMP，1.22％甲醇，0.55％丙酮。
实施例2
如图2所述，塔式反应器包括原料罐1、原料泵2、第一板式精馏塔3、第二板式精馏塔4、进料换热器5、塔釜再沸器6、塔顶冷凝器7、塔釜水收集罐8、产物收集罐9以及排空冷凝器10。其中，第一板式精馏塔3与第二板式精馏塔4串联。原料罐1储藏着甲醇与丙酮的混合液，通过原料泵2经进料换热器5送入第一板式精馏塔3进行缩合反应，反应生成的混合物馏分经塔顶冷凝器7冷凝后，由塔顶再次进入第二板式精馏塔4，部分混合物馏分回流到第一板式精馏塔3中。反应生成的水由塔釜进入水收集罐8进行收集。第二板式精馏塔4塔顶的产物由产物收集罐9进行收集，塔顶馏分经塔顶冷凝器8冷凝后部分产物再次进入第二板式精馏塔4。两塔共用一套抽真空系统，其中真空泵前设有排空冷凝器10，冷凝后的成品物料回流至成品收集罐9。
具体实施例如下：
板式精馏塔塔高为1.5m，用强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂填充反应塔，以丙酮、甲醇混合液(摩尔比＝1:2)从侧线(塔高0.3m处)进入1.5m塔内，进料流速以组分中甲醇计为1.25mol/h。将塔顶馏出物作为下一个塔的进料，继续反应。连续串联2根相同的塔(总塔板数N≈50×0.8×2＝80)，依次控制第一根塔内压力为1.5kPa，塔釜温度为13℃，回流比R＝0.8，第二根塔内压力为800Pa，塔釜温度为4℃，回流比R＝1.2。
各塔塔釜得水，含量99％。塔顶得DMP、甲醇、丙酮混合液。最终从第二根塔顶收集精馏馏分，馏分中各组分质量含量为：92.83％DMP，3.77％甲醇，2.8％丙酮，0.6％水。

Claims (2)

1.一种制备2,2-二甲氧基丙烷的方法，其特征在于，包括：甲醇与丙酮在多塔串联的塔式反应器内共沸进行缩合反应，控制所述塔式反应器的反应压力在700Pa～2.0KPa，塔釜反应温度在2℃～18℃，塔顶收集生成的共沸物，经分离得到2,2-二甲氧基丙烷；所述甲醇与丙酮以摩尔比为2～2.5:1的混合液加入到塔式反应器内；
所述塔式反应器包括依次串联的第一板式精馏塔、第二板式精馏塔和第三板式精馏塔；
所述第一板式精馏塔的反应压力控制在1.8KPa～2.0KPa，塔釜反应温度控制在16℃～18℃；所述第二板式精馏塔的反应压力控制在1.2kPa～1.5kPa，塔釜反应温度控制在10℃～13℃；所述第三板式精馏塔的反应压力控制在700Pa～900Pa，塔釜反应温度控制在2℃～5℃；
所述塔式反应器的总塔板数大于具体反应条件下的最小反应理论塔板数与反应效率的比值；
所述板式精馏塔的回流比R控制在0.6～1.2。
2.根据权利要求1所述的制备2,2-二甲氧基丙烷的方法，其特征在于，所述板式精馏塔填充有催化剂强酸性阳离子树脂。
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