CN112010740A - 一种由氯乙烯制备氯乙醛缩二甲醇的绿色工艺技术 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种由氯乙烯制备氯乙醛缩二甲醇的绿色工艺技术,该方法以氯乙炼、无水甲醇、氯气为原料,在塔型反应器中进行亲电加成反应和亲核取代反应;以甲醇钠为缚酸剂,及时中和反应过程中生成的氯化氢,使之生成溶解度较小的氯化钠并逐渐聚集到塔的底部,大大降低了反应体系中氯负离子的浓度,避免了副产物1,1,2‑三氯乙烷的生成。本发明采用的方法便于操控,收率高、副反应少、产物单一、便于分离纯化、绿色无污染;且直接采用精馏就可以回收溶剂甲醇,回收甲醇可以反复套用。
Description
技术领域
本发明涉及氯乙醛缩二甲醇制备技术领域,具体是一种由氯乙烯制备氯乙醛缩二甲醇的绿色工艺技术。
背景技术
氯乙醛缩二甲醇,其系统名称是:2-氯-1,1-二甲氧基乙焼,可以用作香料、医药、农药等多种精细化学品的中间体,也是重要的有机合成试剂。
目前氯乙醛缩二甲醇公开的制备方法较多,主要有:(1)40-80%的氯乙醛水溶液与甲醇在适量酸催化下,通过共沸脱水【US20160272610】或用无水氯化钙脱水而得[Org.Prep.Proced.Int,1991,23(6),764-766];(2)乙醛或三聚乙醛[Reel.Trav.Chim.Pays-Bas,1958,77,753-757]在甲醇溶液中通入氯气进行氯化和缩醛化,最后用氧化钙等中和副产盐酸而得;(3)以乙酸乙烯酯的甲醇溶液为原料,与氯反应,生成乙酸(1,2-二氯乙基)酯,然后在40~60℃下甲醇解而得;Am.Chem.Soc,1948,70,3785;US2330570;US2411826;US5116402;US4440959]。(4)甲基乙烯基醚在甲醇中氯化[US2550637]。虽然氯乙醛缩二甲醇的合成方法较多,但是有些方法安全性差、副反应多,有些后处理步骤繁琐,有的条件较苛刻且收率较低。
氯乙烯法虽然安全性高,反应条件温和,但最大的问题是容易生成1,1,2-三氯乙烷[1182803668]。1,1,2-三氯乙烷毒性大,用途少,而且沸点与氯乙醛缩二甲醇比较接近,分离困难,使产品精馏纯化难度加大。
原有氯乙烯+甲醇法生产氯乙醛缩二甲醇的反应机理如下:
从以上反应机理可以看出,1,1,2-三氯乙烷的生成与甲醇溶液中氯负离子浓度(即氯化氢的浓度)有关,随着氯化反应的进行,溶液中氯化氢浓度不断升高,即氯负离子浓度不断升高,副产物U,2-三氯乙烷生成的越来越多。因此,如何有效降低反应液中氯负离子浓度是反应的关键。本公司以前的工艺中为了尽量避免1,1,2-三氯乙烷的生成,通入氯气的量要控制在甲醇重量的5%以下,反应液中氯乙醛缩二甲醇的含量不足8%,而副产物1,1,2-三氯乙烷含量却接近2%。每一个循环结束先用碳酸钠中和,然后蒸馏回收大量甲醇,生产效率低,能耗大。本发明正是针对上述问题而提出的。在氯化过程中通过不断加入甲醇钠的甲醇溶液,使生成的HC1转化为在甲醇中溶解性很小的氯化钠,氯化钠在甲醇中溶解度为3.3g/100g甲醇[J.Chem.Eng.Data,2005,50(1),29-32],但是在含有氯乙醛缩二甲醇溶液中,氯化钠溶解度会进一步下降。通过本发明的方法,反应液中氣乙醛缩二甲醇含量最高可达到40%,而1,1,2-三氯乙烷的含量不足0.5%。
发明内容
本发明的目的在于提供一种由氯乙烯制备氯乙醛缩二甲醇的绿色工艺技术,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明公开了一种由氯乙烯制备氯乙醛缩二甲醇的绿色工艺技术,该技术方法采用氯乙烯在甲醇溶液中氯化时不断滴加甲醇钠的甲醇溶液,达到中和氯化反应生成的氯化氢的目的,从而使反应液中氯负离子浓度大大降低,最大程度避免了副产物生成,实现了反应的高选择性、高单程转化率、低能耗、高效率和高收率,大大降低了生产成本。
本发明采用以下技术方案:
一种由氯乙烯制备氯乙醛缩二甲醇的绿色工艺技术,一种由氯乙烯制备氯乙醛缩二甲醇的绿色工艺技术,包括以下主要设备和步骤:
1)该绿色工艺技术涉及的主反应器为塔型反应器,在避光条件下,氯气从靠近塔底端进入,先与甲醇反应生成次氯酸甲酯和氯化氢;氯乙烯从稍高于氯气入口处进入,与次氯酸甲酯反应生成1,2-二氯-1-甲氧基乙烷并进一步醇解得到氯乙醛缩二甲醇;甲醇钠的甲醇溶液从塔的上部滴入,与生成的氯化氢发生中和反应,生成溶解度较小的氯化钠并逐渐聚集到塔的底部。
2)氯化达到一定程度,停止通氯气和氯乙烯,用甲醇钠的甲醇溶液将反应液的pH调到6-8。
3)将反应液从反应塔底部放料口放出,通过离心过滤除掉反应生成的氯化钠。
4)滤液常压精馏回收甲醇,在0.09Mpa减压精馏接收60-63℃馏分即为产品。
作为本发明的进一步方案:所述步骤1)中塔型反应器高度与内直径的尺寸比为5-20:1;氯气与氯乙烯气体按照等物质的量即等体积流速通入;甲醇钠的甲醇溶液浓度为20-30%,其加入速度以控制反应液的pH值在2-6之间为宜;反应温度控制在10-50℃。
作为本发明的进一步方案:所述步骤2)中氯化程度以控制氯气的通入量达到塔中最初加入甲醇量的40-60%;氯化结束后搅拌反应0.1-1小时,最后用甲醇钠的甲醇溶液调整反应液的pH为6-8。
作为本发明的再进一步方案:在氯化过程中不断加入甲醇钠中和反应生成的HC1使之生成溶解度较小的NaCl从而降低反应液中氯负离子的浓度是该技术的关键所在。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1.本发明采用不断加入甲醇钠的甲醇溶液的方法,使反应液中氯负离子浓度大大降低,降低副反应的发生,使反应的单程转化率、选择性、收率得到大幅度,能耗和工作效率也大大提高。
2.本发明产物分离方式更为简单,省略了脱水等复杂操作,直接离心过滤,用少量甲醇淋洗就可以得到纯净的氯化钠,可用于其他工业用途。
3.直接采用精馏就可以回收溶剂甲醇,回收甲醇可以反复套用。
4.整个工艺安全,无废酸、废水产生,绿色环保。
附图说明
图1为一种由氯乙烯制备氯乙醛缩二甲醇的绿色工艺技术的结构示意图。
图中:1、主体;2、夹套;3、冷却空腔;4、氯气入口;5、放料口;6、冷却水入口;7、氯乙烯入口;8、甲醇钠入口;9、搅拌杆;10、冷却水出口。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
一种由氯乙烯制备氯乙醛缩二甲醇的绿色工艺技术,包括以下主要设备和步骤:
1)该绿色工艺技术涉及的主反应器为塔型反应器,在避光条件下,氯气从靠近塔底端进入,先与甲醇反应生成次氯酸甲酯和氯化氢;氯乙烯从稍高于氯气入口处进入,与次氯酸甲酯反应生成1,2-二氯-1-甲氧基乙烷并进一步醇解得到氯乙醛缩二甲醇;甲醇钠的甲醇溶液从塔的上部滴入,与生成的氯化氢发生中和反应,生成溶解度较小的氯化钠并逐渐聚集到塔的底部。
2)氯化达到一定程度,停止通氯气和氯乙烯,用甲醇钠的甲醇溶液将反应液的pH调到6-8。
3)将反应液从反应塔底部放料口放出,通过离心过滤除掉反应生成的氯化钠。
4)滤液常压精馏回收甲醇,在0.09Mpa减压精馏接收60-63℃馏分即为产品。
所述步骤1)中塔型反应器高度与内直径的尺寸比为5-20:1;氯气与氯乙烯气体按照等物质的量即等体积流速通入;甲醇钠的甲醇溶液浓度为20-30%,优选28%的常用商品浓度,其加入速度以控制反应液的pH值在2-6之间为宜,优选3-4;反应温度控制在10-50℃,最优为25-35℃。
所述步骤2)中氯化程度以控制氯气的通入量达到塔中最初加入甲醇量的40-60%;氯化结束后搅拌反应0.1-1小时,最后用甲醇钠的甲醇溶液调整反应液的pH为6-8。
在氯化过程中不断加入甲醇钠中和反应生成的HC1使之生成溶解度较小的NaCl从而降低反应液中氯负离子的浓度是该技术的关键所在。
如图1所示,所述塔型反应器包括主体1、夹套2和搅拌杆9,所述主体1的外侧套设有夹套2,夹套2和主体1之间存在冷却空腔3,主体1的顶端设有橡胶塞,搅拌杆9穿过橡胶塞并伸入到主体1内,搅拌杆9上自上而下均布设有多个搅拌叶片;所述主体1的底部连接有放料口5,主体1的左侧顶端设有甲醇钠入口8,主体1的左侧下部设有氯乙烯入口7,主体1的右侧底部设有氯气入口4。
所述夹套2的左侧底部设有冷却水入口6,夹套2的右侧顶部设有冷却水出口10。
所述主体1和夹套2均采用透明玻璃制成。
实施例一
一种由氯乙烯制备氯乙醛缩二甲醇的绿色工艺技术,它包括以下设备和步骤:
1)反应装置为一个带有冷却水夹套,内直径14cm,高100cm的塔型玻璃反应器,氯气通入口距离底部10cm处,氯乙烯通入口距离底部20cm处。向其中加入3.2Kg无水甲醇,控制2.00升/分的速度同时通入氯气和氯乙烯气体,然后开启搅拌,5分钟后开始滴加28%的甲醇钠甲醇溶液,控制反应液的pH值在3-4之间,反应温度28-30℃。通氯气和氯乙烯约3.7h,通入氯气1.41Kg和氯乙烯1.24Kg。
2)停止通氯气和氯乙烯后,暂时停止滴加甲醇钠的甲醇溶液,搅拌1小时后继续滴加甲醇钠的甲醇溶液,将反应液的pH调到7,共消耗28%的甲醇钠的甲醇溶液7.66Kg。
3)将反应液从反应塔底部放料口放出,通过离心过滤除掉反应生成的氯化钠,并用200g甲醇淋洗,共回收氯化钠2.26Kg,回收率97.3%。
4)滤液用直径5cm,高1.2米的玻璃环填料分馏柱精馏,真空度控制0.05-0.06Mpa,接收42-45℃馏分8.7以,为未反应的甲醇,直到釜底温度达到75℃,逐渐提高真空度到0.09Mpa,减压精馏,接收30-59℃过渡馏分120g,接收60-63℃馏分2.33Kg,纯度99.2%,即为氯乙醛缩二甲醇产品,收率94.4%。
实施例二
一种由氯乙烯制备氯乙醛缩二甲醇的绿色工艺技术,它包括以下设备和步骤:
1)反应装置同实施例1。向其中加入3.2Kg无水甲醇,控制1.90升/分的速度同时通入氯气和氯乙烯气体,然后开启搅拌,5分钟后开始滴加28%的甲醇钠甲醇溶液,控制反应液的pH值在3-4之间,反应温度25-27℃。通氯气和氯乙烯4.5h,通入氯气1.63Kg和氯乙烯1.43Kg。
2)停止通氯气和氯乙烯后,暂时停止滴加甲醇钠的甲醇溶液,搅拌1小时后继续滴加甲醇钠的甲醇溶液,将反应液的pH调到7,共消耗28%的甲醇钠的甲醇溶液8.84Kg。
3)将反应液从反应塔底部放料口放出,通过离心过滤除掉反应生成的氯化钠,并用200g甲醇淋洗,共回收氯化钠2.62Kg,回收率97.8%。
4)滤液及实施例1中过渡馏分120g用直径5cm高120cm的玻璃环填料分馏柱精馆,真空度控制0.05-0.06Mpa,接收42-45℃馏分9.5Kg,为未反应的甲醇,直到釜底温度达到80℃,逐渐提高真空度到0.09Mpa,减压精馏,接收30-59℃过渡馏分117g,接收60-63℃馏分2.77Kg,纯度99.3%,即为氯乙醛缩二甲醇产品,收率97.2%。
实施例三
一种由氯乙烯制备氯乙醛缩二甲醇的绿色工艺技术,它包括以下设备和步骤:
1)反应装置为一个带有冷却水夹套,内直径50cm,高800cm的内衬搪玻璃塔型反应器,氯气通入口距离底部30cm处,氯乙烯通入口距离底部80cm处。向其中加入300Kg无水甲醇,控制100升/分的速度同时通入氯气和氯乙烯气体,然后开启搅拌,20分钟后开始滴加28%的甲醇钠甲醇溶液,控制反应液的pH值在3-4之间,反应温度30-32℃。通氯气和氯乙烯约8h,通入氯气152Kg和氯乙烯134Kg。
2)停止通氯气和氯乙烯后,暂时停止滴加甲醇钠的甲醇溶液,搅拌1小时后继续滴加甲醇钠的甲醇溶液,将反应液的pH调到7,共消耗28%的甲醇钠的甲醇溶液827Kg。
3)将反应液从反应塔底部放料口放出,通过离心过滤除掉反应生成的氯化钠,并用30Kg甲醇淋洗,共回收氯化钠248Kg。
4)滤液用直径40cm,高600cm的玻璃环填料精馏塔精馏,真空度控制0.05-0.06Mpa,接收42-45℃馏分902Kg,为未反应的甲醇,直到釜底温度达到80℃,逐渐提高真空度到0.09Mpa,减压精馏,接收30-59℃过渡馏分20Kg,接收60-63℃馏分255Kg,纯度99.6%,即为氯乙醛缩二甲醇产品,收率95.5%。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明,但是本专利并不限于上述实施方式,在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (4)
1.一种由氯乙烯制备氯乙醛缩二甲醇的绿色工艺技术,一种由氯乙烯制备氯乙醛缩二甲醇的绿色工艺技术,其特征是,包括以下主要设备和步骤:
1)该绿色工艺技术涉及的主反应器为塔型反应器,在避光条件下,氯气从靠近塔底端进入,先与甲醇反应生成次氯酸甲酯和氯化氢;氯乙烯从稍高于氯气入口处进入,与次氯酸甲酯反应生成1,2-二氯-1-甲氧基乙烷并进一步醇解得到氯乙醛缩二甲醇;甲醇钠的甲醇溶液从塔的上部滴入,与生成的氯化氢发生中和反应,生成溶解度较小的氯化钠并逐渐聚集到塔的底部;
2)氯化达到一定程度,停止通氯气和氯乙烯,用甲醇钠的甲醇溶液将反应液的pH调到6-8;
3)将反应液从反应塔底部放料口放出,通过离心过滤除掉反应生成的氯化钠;
4)滤液常压精馏回收甲醇,在0.09Mpa减压精馏接收60-63℃馏分即为产品。
2.根据权利要求1所述的一种由氯乙烯制备氯乙醛缩二甲醇的绿色工艺技术,其特征在于,所述步骤1)中塔型反应器高度与内直径的尺寸比为5-20:1;氯气与氯乙烯气体按照等物质的量即等体积流速通入;甲醇钠的甲醇溶液浓度为20-30%,其加入速度以控制反应液的pH值在2-6之间为宜;反应温度控制在10-50℃。
3.根据权利要求1所述的一种由氯乙烯制备氯乙醛缩二甲醇的绿色工艺技术,其特征在于,所述步骤2)中氯化程度以控制氯气的通入量达到塔中最初加入甲醇量的40-60%;氯化结束后搅拌反应0.1-1小时,最后用甲醇钠的甲醇溶液调整反应液的pH为6-8。
4.根据权利要求1所述的一种由氯乙烯制备氯乙醛缩二甲醇的绿色工艺技术,其特征在于,在氯化过程中不断加入甲醇钠中和反应生成的HC1使之生成溶解度较小的NaCl从而降低反应液中氯负离子的浓度是该技术的关键所在。
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