CN111423327A - 一种用回收正丙醇制备丙酸丙酯的方法 - Google Patents

一种用回收正丙醇制备丙酸丙酯的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用回收正丙醇制备丙酸丙酯的制备方法，涉及酯类化工产品生产技术领域。本发明提供的制备方法，包括以下步骤：在无水条件下，将回收正丙醇、无水三氯化铝和铝片混合进行回流反应，得到回流反应产物，所述回流反应产物中包括正丙醇铝；将所述回流反应产物与丙醛混合进行Tischenko,V.反应，得到Tischenko,V.反应产物；将所述Tischenko,V.反应产物依次进行蒸馏和精馏后，得到丙酸丙酯。本发明提供的制备方法在生产过程中无水生成，制得的丙酸丙酯收率高，纯度高。实施例结果表明，本发明制得的丙酸丙酯的收率为95％～99％，纯度>99％。

Description

一种用回收正丙醇制备丙酸丙酯的方法
技术领域
本发明涉及酯类化工产品生产技术领域，特别涉及一种用回收正丙醇制备丙酸丙酯的制备方法。
背景技术
目前，在丙酸丙酯工业中的常规生产工艺为：以丙酸和正丙醇为原料，在硫酸或强酸型离子交换树酯的条件下发生酯化反应得到丙酸正丙酯。但该工艺方法存在明显的缺点，其缺点主要表现在以下方面：在酯化反应过程中产生水，其主要原料丙酸和正丙醇易溶于生成的水中，导致未反应的原料与产物丙酸丙酯分离困难，丙酸丙酯的收率低。另外，以正丙醇和丙酸为原料，要求正丙醇或丙酸大量过量，这样反应向着有利于丙酸正丙酯方向进行，于是丙酸或正丙醇的利用率会下降，不停重复套用同时会增加能耗。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种用回收正丙醇制备丙酸丙酯的制备方法，不使用正丙醇和丙酸，以丙醛为原料直接合成丙酸正丙酯。在本发明提供的制备方法在生产过程中无水生成，产物丙酸丙酯的收率高。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种用回收正丙醇制备丙酸丙酯的制备方法，包括以下步骤：
在无水条件下，将回收正丙醇、无水三氯化铝和铝片混合进行回流反应，得到回流反应产物，所述回流反应产物中包括正丙醇铝；
将所述回流反应产物与丙醛混合进行Tischenko,V.反应，得到Tischenko,V.反应产物；
将所述Tischenko,V.反应产物依次进行蒸馏和精馏后，得到丙酸丙酯；
所述无水三氯化铝和回收正丙醇的质量比为0.3～2：100；
所述回收正丙醇和丙醛的质量比为1:1～7；
所述Tischenko,V.反应的温度为8～12℃。
优选地，所述铝片的比表面积为1.0～1.2cm2/g。
优选地，所述回流反应的温度为80～97℃，回流反应的时间为2～3h。
优选地，升温至所述回流反应的温度的升温速率为1～5℃/min。
优选地，所述铝片和回收正丙醇的质量比为0.3～7：100。
优选地，所述回收正丙醇和丙醛的含水量独立地≤0.1％。
优选地，所述蒸馏的温度为60～100℃，蒸馏的时间为1～5h。
优选地，所述蒸馏的回流比为1～10：1。
优选地，所述精馏的内温度为100～140℃，精馏的时间为1～5h。
优选地，所述精馏的回流比为1～10：1。
本发明提供的制备方法，包括以下步骤：在无水条件下，将回收正丙醇、无水三氯化铝和铝片混合进行回流反应，得到回流反应产物，所述回流反应产物中包括正丙醇铝；将所述回流反应产物与丙醛混合进行Tischenko,V.反应，得到Tischenko,V.反应产物；将所述Tischenko,V.反应产物依次进行蒸馏和精馏后，得到丙酸丙酯；所述无水三氯化铝和回收正丙醇的质量比为0.3～2：100；所述回收正丙醇和丙醛的质量比为1:1～7；所述Tischenko,V.反应的温度为8～12℃。在本发明中，以铝片为原料，相较于现有技术中采用的铝粉具有较小的比表面积，制得的正丙醇铝的纯度高，更有利于后续Tischenko,V.反应的进行，提高丙酸丙酯的收率；本发明采用的无水三氯化铝和回收正丙醇的质量比对丙酸丙酯的收率有重要影响，无水三氯化铝能够催化回收正丙醇和铝片的回流反应的进行，若无水三氯化铝量过大，制得的正丙醇铝溶液容易与丙醛发生副反应，产生杂质，使丙酸丙酯的收率降低；若无水三氯化铝量少，则制得的正丙醇铝溶液的浓度低，导致丙酸丙酯的转化率低；本发明采用的回收正丙醇和丙醛的质量比，有利于未反应的原料在蒸馏过程中被分离出来，提高丙酸丙酯的转化率；本发明采用的Tischenko,V.反应温度有利于提高丙酸丙酯的收率，若反应温度过低，则丙醛在反应中的转化率低，即原料利用率低，若反应温度过高，则容易发生副反应，产生杂质，导致丙酸丙酯的收率低。综上，本发明提供的方法具有较高的丙酸丙酯收率。实施例结果表明，本发明制得的丙酸丙酯的收率为95％～99％，纯度>99％。
且本发明提供的制备方法生产安全性高，不污染环境，原料可循环利用。
相比较有关文献本发明有如下优势：
1、相关文献中采用碘，氧化泵，氯化锌等物质作催化剂，但会存在以下问题：一是碘回收难且价格昂贵，对原料成本和环保影响较大；二是氧化泵虽成本低但对设备腐蚀较大；三是使用氯化锌除了腐蚀设备外还会产生新的杂质，进而影响丙酸丙酯的得率。
本工艺中使用的催化剂是微量的无水三氯化铝则不存在成本，环保和设备腐蚀这三个方面的问题，同时丙酸丙酯的得率在98％左右，这样在催化剂的选择上优势非常明显。
2、最为主要的是：本工艺对丙醛合成丙酸丙酯的反应工艺流程进行了调整：现有技术中提到在反应完成后将反应液直接常压蒸馏就得到产品，但蒸馏后大量过量的正丙醇的处理是个问题，由于正丙醇和丙酸丙酯在蒸馏时会发生共沸现象，故正丙醇的分离相对较困难，每批投料都要加入新鲜的正丙醇来合成丙醇铝，因而正丙醇的利用率很低。本工艺用反应完成后的丙酸丙酯粗品通过精馏后得到的低沸点馏份(成分是丙酸丙酯和丙醇)当作丙醇，而直接作为原料进行Tischenko,V.反应，这样解决了正丙醇的回收套用问题。也就是说现有技术中只提到了合成方面的工艺，但本工艺不但优化了合成方面的工艺条件，还解决了原料的分离，特别是丙醇的分离问题，即调整了工艺条件。
3、较明显的是：正丙醇的用量大幅减少，这样对于同一种设备而言，产能能提高一倍以上。
具体实施方式
本发明提供了一种用回收正丙醇制备丙酸丙酯的制备方法，包括以下步骤：
在无水条件下，将回收正丙醇、无水三氯化铝和铝片混合进行回流反应，得到回流反应产物，所述回流反应产物中包括正丙醇铝；
将所述回流反应产物与丙醛混合进行Tischenko,V.反应，得到Tischenko,V.反应产物；
将所述Tischenko,V.反应产物依次进行蒸馏和精馏后，得到丙酸丙酯。
在本发明中，若无特殊说明，所采用的原料均为本领域常规市售产品。
本发明在无水条件下，将回收正丙醇、无水三氯化铝和铝片混合进行回流反应，得到回流反应产物，所述回流反应产物中包括正丙醇铝。
在本发明中，所述无水三氯化铝和回收正丙醇的质量比为0.3～2:100，优选为0.3～1.8:100，进一步优选为0.3～0.5:100。在本发明中，所述铝片和回收正丙醇的质量比优选为0.3～7：100，进一步优选为1～3：100，更优选为1～1.5：100。在本发明中，所述回收正丙醇的含水量优选≤0.1％。在本发明中，所述铝片的比表面积优选为1.0～1.2cm2/g，进一步优选为1.1～1.2cm2/g。在本发明中，以铝片为原料，相较于现有技术中采用的铝粉末具有较小的比表面积，制得的正丙醇铝的纯度高，更有利于后续Tischenko,V.反应的进行，提高丙酸丙酯的收率。本发明采用的无水三氯化铝和回收正丙醇的质量比对丙酸丙酯的收率有重要影响，无水三氯化铝能够催化回收正丙醇和铝片的回流反应的进行，若无水三氯化铝量过大，制得的正丙醇铝溶液容易与丙醛发生副反应，产生杂质，使丙酸丙酯的收率降低；若无水三氯化铝量少，则制得的正丙醇铝溶液的浓度低，导致丙酸丙酯的收率低。本发明采用的回收正丙醇和丙醛的质量比，有利于未反应的原料在蒸馏过程中分离出来，提高丙酸丙酯的转化率。
在本发明中，所述混合优选在无氧条件下进行，所述混合的温度优选为0～30℃。在本发明中，所述无氧条件优选通过用氮气置换空气三次实现。本发明对所述混合的具体操作方式没有特殊的限定，采用本领域常规混合方式即可。
在本发明中，所述回流反应的温度优选为80～97℃；所述回流反应的时间优选为2～3h，进一步优选回流反应进行至铝片完全消失后，再进行回流反应1h。在本发明中，升温至所述回流反应的温度的升温速率为1～5℃/min。在本发明实施例中优选由25℃温至所述回流反应的温度。本发明对所述回流反应的装置没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的回流反应装置即可。
在本发明中，所述回流反应的方程式如式1所示：
6CH3CH2CH2OH+2Al→2Al(CH3CH2CH2OH)3+3H2式1
回流反应完成后，本发明优选将得到的回流反应产物进行冷却，所述冷却后的温度优选为8～12℃；降温至所述冷却后的温度的降温速率优选为1～5℃/min。本发明对所述冷却的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的冷却方式即可。
得到回流反应产物后，本发明将所述回流反应产物与丙醛混合进行Tischenko,V.反应，得到Tischenko,V.反应产物。
在本发明中，所述回流反应产物的量以回流反应原料之一的回收正丙醇计，所述回收正丙醇和丙醛的质量比为1:1～7，优选为1:6～7。在本发明中，所述丙醛的含水量优选≤0.1％。
在本发明中，所述丙醛优选以滴加的方式与回流反应产物混合，本发明对所述滴加的速率没有特殊的限定，采用本领域常规滴加速率即可。在本发明中，所述Tischenko,V.反应的温度为8～12℃，优选为9～10℃；所述Tischenko,V.反应的时间优选为3～4h。本发明优选通过GC在线分析Tischenko,V.反应是否反应完全。本发明优选Tischenko,V.反应进行至反应体系中丙醛的质量浓度<3％时，停止反应的进行。在本发明中，所述Tischenko,V.反应是指在正丙醇铝的催化作用下，使醛二聚生成相应酯的反应。本发明采用的Tischenko,V.反应温度有利于提高丙酸丙酯的收率，若反应温度过低，则丙醛在反应中的转化率低，导致丙酸丙酯的收率低，若反应温度过高，则容易发生副反应，导致丙酸丙酯的收率低。
得到Tischenko,V.反应产物后，本发明将所述Tischenko,V.反应产物依次进行蒸馏和精馏后，得到丙酸丙酯。
在本发明中，所述蒸馏优选在常压条件下进行，所述蒸馏的温度优选为60～100℃，进一步优选为70～90℃；所述蒸馏的时间优选为1～5h，进一步优选为4～5h；所述蒸馏的回流比优选为1～10；1，进一步优选为3～5：1。本发明优选通过蒸馏得到未反应的回收正丙醇和粗丙酸丙酯，所述蒸馏得到的正丙醇中包括质量百分含量为5～7％丙酸丙酯-丙醇。本发明优选在97～98℃范围内收集正丙醇，在100～125℃范围内收集丙酸丙酯。本发明优选将蒸馏得到的正丙醇回用于回流反应。本发明对所述蒸馏的具体操作方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的蒸馏方式即可。
在本发明中，所述精馏的内温度优选为100～140℃，进一步优选为100～125℃；所述精馏的时间优选为1～5h，进一步优选为4～5h；所述精馏的回流比优选为1～10：1，进一步优选为3～5:1。本发明对所述精馏的具体操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的精馏条件即可。本发明通过精馏得到丙酸丙酯和剩余残渣，所述剩余残渣包括正丙醇铝和三氯化铝。
本发明优选将精馏得到的剩余残渣与盐酸混合，得到三氯化铝，用于出售。本发明对所述盐酸的浓度及用量没有特殊的限定，可根据实际情况进行调整。
下面结合实施例对本发明提供的丙酸丙酯的制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
在干燥的反应瓶内投入正丙醇100g，用氮气置换空气三次，再投入铝片1.33g，比表面积为1.1cm2/g，和三氯化铝0.3g，以2℃/min的升温速率，由25℃升温至97℃进行回流反应3h，降温至10℃，降温速率为2℃/min，滴加600g的丙醛，并在10℃条件下进行Tischenko,V.反应3h，在80～99℃，回流比为3:1的条件下常压蒸馏5h，回收得到正丙醇和粗丙酸丙酯，再将粗丙酸丙酯在100～130℃，回流比为5:1的条件下精馏5h，得到丙酸丙酯成品570g。
本实施例以丙醛的质量为基准，经计算可知，丙酸丙酯的得率为95％，纯度为99％。
实施例2
在干燥的反应瓶内投入回收正丙醇107g(丙酸丙酯的低沸馏份丙醇含量93％，丙酸丙酯含量7％)，用氮气置换空气三次，再投入铝片1.33g，比表面积为1.1cm2/g，和三氯化铝0.3g，以2℃/min的升温速率，由25℃升温至97℃进行回流反应3h，降温至10℃，降温速率为2℃/min，滴加600g的丙醛，并在10℃条件下进行Tischenko,V.反应3h，在80～99℃，回流比为3:1的条件下常压蒸馏5h，回收得到正丙醇和粗丙酸丙酯，再将粗丙酸丙酯在100～130℃，回流比为5:1的条件下精馏5h，得到丙酸丙酯成品595.5g。
本实施例以丙醛的质量为基准，经计算可知，丙酸丙酯的得率为98％，纯度为99％。
实施例3
在干燥的反应瓶内投入回收正丙醇107g(丙醇含量93％，丙酸丙酯含量7％)，用氮气置换空气三次，再投入铝片1.33g，比表面积为1.1cm2/g，和三氯化铝0.3g，以2℃/min的升温速率，由25℃升温至97℃进行回流反应3h，降温至10℃，降温速率为2℃/min，滴加600g的丙醛，并在20℃条件下进行Tischenko,V.反应3h，在80～99℃，回流比为3:1的条件下常压蒸馏5h，回收得到正丙醇和粗丙酸丙酯，再将粗丙酸丙酯在100～130℃，回流比为5:1的条件下精馏5h，得到丙酸丙酯成品565.5g。
本实施例以丙醛的质量为基准，经计算可知，丙酸丙酯的得率为93％，纯度为99％。
实施例4
在干燥的反应瓶内投入回收正丙醇107g(丙醇含量93％，丙酸丙酯含量7％)，用氮气置换空气三次，再投入铝片1.33g，比表面积为1.1cm2/g，和三氯化铝0.9g，以2℃/min的升温速率，由25℃升温至97℃进行回流反应3h，降温至10℃，降温速率为2℃/min，滴加600g的丙醛，并在10℃条件下进行Tischenko,V.反应3h，在80～99℃，回流比为3:1的条件下常压蒸馏5h，回收得到正丙醇和粗丙酸丙酯，再将粗丙酸丙酯在100～130℃，回流比为5:1的条件下精馏5h，得到丙酸丙酯成品505.4g。
本实施例以丙醛的质量为基准，经计算可知，丙酸丙酯的得率为83％，纯度为99％。
实施例5
本实施例与实施例1的制备条件相同，区别仅在于无水三氯化铝和正丙醇的质量比为0.35:100，得到丙酸丙酯成品564g。
本实施例以丙醛的质量为基准，经计算可知，丙酸丙酯的得率为94％，纯度为99.5％。
实施例6
本实施例与实施例1的制备条件相同，区别仅在于在8℃条件下进行Tischenko,V.反应，得到丙酸丙酯成品564g。
本实施例以丙醛的质量为基准，经计算可知，丙酸丙酯的得率为94％，纯度为99.4％。
实施例7
本实施例与实施例1的制备条件相同，区别仅在于在12℃条件下进行Tischenko,V.反应，得到丙酸丙酯成品566g。
本实施例以丙醛的质量为基准，经计算可知，丙酸丙酯的得率为94.3％，纯度为99.3％。
对比例1
本对比例与实施例1的制备条件相同，区别在于使用回收丙酸丙酯溶液107g(丙醇含量93％，丙酸丙酯含量7％)得到丙酸丙酯成品595.5g，副产物12g。
本对比例以丙醛的质量为基准，经计算可知，丙酸丙酯的得率为98％，纯度为99.1％。
对比例2
本对比例与实施例2的制备条件相同，区别仅在于在20℃条件下进行Tischenko,V.反应，得到丙酸丙酯成品565.5g。
本对比例以丙醛的质量为基准，经计算可知，丙酸丙酯的得率为93％，纯度为99.1％。
对比例3
本对比例与实施例2的制备条件相同，区别仅在于在无水三氯化铝的量增加至0.9g条件下进行Tischenko,V.反应，得到丙酸丙酯成品505.5g，副产物102g。
本对比例以丙醛的质量为基准，经计算可知，丙酸丙酯的得率为83％，纯度为98％。
以现有技术“郑来昌[1],索继栓[2],等.丙醇铝催化丙醛一步合成丙酸丙酯[J].精细石油化工进展,2001(7).”公开的最佳制备条件为对比例，具体制备方法及结果如下：
在反应釜中加入表面碱浸处理后的铝粉、丙醇、2％无水三氯化铝和0.1％碘催化剂，铝粉和丙醇的摩尔比为1:6，在90℃下进行回流反应，反应50min后，制得收率为98％的丙醇铝；
以丙醇铝为催化剂，无水氯化锌为助催化剂，在丙醇铝的质量分数为10％(以丙醛计)、n(ZnCl2)：n(丙醇铝)为0.5、反应温度为20℃和反应时间为5h条件下合成丙酸丙酯，丙酸丙酯的收率为92％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用回收正丙醇制备丙酸丙酯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在无水条件下，将回收正丙醇、无水三氯化铝和铝片混合进行回流反应，得到回流反应产物，所述回流反应产物中包括正丙醇铝；
将所述回流反应产物与丙醛混合进行Tischenko,V.反应，得到Tischenko,V.反应产物；
将所述Tischenko,V.反应产物依次进行蒸馏和精馏后，得到丙酸丙酯；
所述无水三氯化铝和回收正丙醇的质量比为0.3～2：100；
所述回收正丙醇和丙醛的质量比为1:1～7；
所述Tischenko,V.反应的温度为8～12℃。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铝片的比表面积为1.0～1.2cm2/g。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述回流反应的温度为80～97℃，回流反应的时间为2～3h。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，升温至所述回流反应的温度的升温速率为1～5℃/min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铝片和回收正丙醇的质量比为0.3～7：100。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述回收正丙醇和丙醛的含水量独立地≤0.1％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述蒸馏的温度为60～100℃，蒸馏的时间为1～5h。
8.根据权利要求1或7所述的制备方法，其特征在于，所述蒸馏的回流比为1～10：1。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述精馏的内温度为100～140℃，精馏的时间为1～5h。
10.根据权利要求1或9所述的制备方法，其特征在于，所述精馏的回流比为1～10：1。
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