CN113956132A - 一种三甲基戊二醇的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三甲基戊二醇的制备方法，取摩尔比为1∶1异丁醛和碱性催化剂，混合后发生发应，控制反应温度为40℃，反应10min，收集反应产物，向反应产物加入乙酸使反应产物中和，再经过水洗分液得到2,2,4‑三甲基‑1,3‑戊二醇。与现有技术相比，本发明充分利用微通道反应器优良的传质传热特点，同时实现缩合反应和交叉坎尼扎罗反应一步完成，有效将异丁醛合成2,2,4‑三甲基‑1,3‑戊二醇的反应时间控制在10min，实现了对羟醛缩合反应过程的有效控制，增加了安全系数，而且异丁醛转化率达到99.02％，2,2,4‑三甲基‑1,3‑戊二醇选择性达到93.57％，收率达到92.65％，达到工业生产所需标准。
Description
技术领域
本发明涉及化工材料合成技术领域，特别是一种三甲基戊二醇的制备方法。
背景技术
三甲基戊二醇，又称2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇(简称TMPD)产品于1937年由首次合成，合成原料为异丁醛，所采用的方法是两步法，即羟醛缩合和催化加氢；其后于70年代初率先由美国的公司实现工业化生产。我国从80年代末开始进行研究，当时仅有吉林市第四化工厂能够进行少批量的生产。TMPD作为一种具有广泛用途的化工原料，可被用作聚酯增塑剂、润滑油添加剂、萃取剂、醇酸树脂等；同时TMPD也是一种重要的有机合成中间体，其衍生物在医药、涂料、塑料等领域具有广泛的用途。
2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇的合成原料为异丁醛(IBD)，主要主要包括以下几种合成工艺。第一种方法为异丁醛先自身聚合生成三聚异丁醛，所得产物再经高温高压条件下催化加氢生成TMPD。第二种方法为异丁醛在碱金属氢氧化物、有机胺类化合物、醇的金属钠盐等提供的碱性条件下发生羟醛自缩合反应，生成2,2,4三甲基-3-羟基戊醛(HPA)，经减压蒸馏获得纯净中间体后，再于高压催化条件下进行选择性加氢生成TMPD。以上两种加氢工艺所用的催化剂有雷尼镍催化剂、Mo、Co等改性的催化剂、铜铬催化剂以及铜锌催化剂等。以上两种生产工艺路线较为复杂，需减压蒸馏分离中间产物和催化加氢反应条件较为苛刻且反应周期较长，对操作条件和设备要求较高整体成本较高，但产品收率和产品纯度较高，适宜工业大规模连续生产。国外公司主要采用这些工艺，如赛拉尼斯和法斯特曼等。第三种方法采用异丁醛中加入部分水，并在碱性条件下发生羟醛缩合反应生成2,2,4三甲基-3-羟基戊醛后，再次加入水、液碱和异丁醛使2,2,4三甲基-3-羟基戊醛进一步同异丁醛发生反应交叉Cannizzaro反应，生成2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇。
现有技术的缺点为工艺路线较为复杂，部分方法需减压蒸馏分离中间产物和催化加氢，反应条件较为苛刻且反应周期较长，对操作条件和设备要求较高整体成本较高。且传统工艺所采用的釜式反应器通过搅拌的方式无法保证各相之间的均匀混合、且无法保证反应器各处温度均衡、对于局部的反应放热无法及时排出反应体系导致反应过程易“飞温”且具有反应过程难以控制等缺陷。
发明内容
本发明的目的是要解决现有技术问题中存在的不足，提供一种三甲基戊二醇的制备方法。
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
一种三甲基戊二醇的制备方法，包括以下步骤：
取摩尔比为1∶1异丁醛和碱性催化剂，混合后发生发应，控制反应温度为40℃，反应10min，收集反应产物，向反应产物加入乙酸使反应产物中和，再经过水洗分液得到2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇。
进一步地，所述异丁醛和碱性催化剂通入微通道反应器之前先分别预热至40℃，然后将异丁醛和碱性催化剂按照摩尔比为1∶1通入微通道反应器中进行反应。
进一步地，所述碱性催化剂为氢氧化钠溶液或氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液。
优选地，所述碱性催化剂的浓度为50％。
本发明的反应原理为：
在碱性催化剂催化作用下，异丁醛首先会在碱性催化剂的作用下发生羟醛缩合反应，自身缩合成中间产物2,2,4-三甲基-3-羟基戊醛；同时在较高温度下中间产物再与一分子的异丁醛发生交叉坎尼扎罗反应生成一分子的2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇和一分子的异丁酸。其反应式如下：
与现有技术相比，本发明充分利用微通道反应器优良的传质传热特点，同时实现缩合反应和交叉坎尼扎罗反应一步完成，有效将异丁醛合成2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇的反应时间控制在10min，实现了对羟醛缩合反应过程的有效控制，增加了安全系数，而且异丁醛转化率达到99.02％，2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇选择性达到93.57％，收率达到92.65％，达到工业生产所需标准。
附图说明
图1为本发明的连续流反应装置流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。
如图1所示，本实施例使用微通道反应器一步合成2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇，需要说明的是本实施例所使用的微通道反应器可以直接在市面上购买使用，具体可以使用如图1所示的连续流反应装置，包括1,2-原料罐，3,4-计量泵，5,6-预热区，7-反应区，8-产品收集器。
实施例1
通过制冷加热控温系统将反应温度控制在40℃，通过计算计算流速精准控制反应时间为10min、物料配比为n(异丁醛)∶n(NaOH)＝1∶1，氢氧化钠浓度设置为50％。首先将异丁醛由原料罐1通过计量泵3输入装置的预热区5，催化剂氢氧化钠溶液由原料罐2通过计量泵4输入装置的预热区6，充分预热后异丁醛和氢氧化钠溶液一同进入反应区7进行反应。2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇产物从8号出口连续出料，收集到产品收集器8中，通过加入乙酸进行中和，再经过水洗分液得到产物，产物通过GC进行分析得出异丁醛转化率达到99.02％，2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇选择性达到93.57％，收率达到92.65％。
实施例2
通过制冷加热控温系统将反应温度控制在40℃，通过计算计算流速精准控制反应时间为10min、物料配比为n(异丁醛)∶n(氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液)＝1∶1，氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液浓度设置为50％。首先将异丁醛由原料罐1通过计量泵3输入装置的预热区5，氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液由原料罐2通过计量泵4输入装置的预热区6，充分预热后异丁醛和氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液一同进入反应区7进行反应。2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇产物从8号出口连续出料，收集到产品收集器8中，通过加入乙酸进行中和，再经过水洗分液得到产物，产物通过GC进行分析得出异丁醛转化率达到98.8％，2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇选择性达到94.19％，收率达到92.42％。
对比例1
以工业异丁醛和氢氧化钠为原料，合成2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇工艺条件为：第一阶段反应温度28-52℃，反应时间1-2小时，第二阶段反应温度90-140℃，反应时间6-8小时，收率60％。
综述，本发明通过控制反应的停留时间和反应温度等条件，一步快速合成2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇产品，从原始工艺的6-8h缩短至10min提高了反应速率。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种三甲基戊二醇的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
取摩尔比为1∶1异丁醛和碱性催化剂，混合后发生发应，控制反应温度为40℃，反应10min，收集反应产物，向反应产物加入乙酸使反应产物中和，再经过水洗分液得到2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇。
2.根据权利要求1所述的三甲基戊二醇的制备方法，其特征在于，所述异丁醛和碱性催化剂通入微通道反应器之前先分别预热至40℃，然后将异丁醛和碱性催化剂按照摩尔比为1∶1通入微通道反应器中进行反应。
3.根据权利要求1所述的三甲基戊二醇的制备方法，其特征在于：所述碱性催化剂为氢氧化钠溶液或氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液。
4.根据权利要求1所述的三甲基戊二醇的制备方法，其特征在于：所述碱性催化剂的浓度为50％。
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Non-Patent Citations (2)
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|---|
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