CN1264694A - 新戊二醇的制法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种新戊二醇的改良制造方法,是在氢化触媒存在下,利用附有具抽、排气能力的中空轴搅拌装置的反应槽,将羟基特戊醛氢化成新戊二醇。依本发明方法,氢化羟基特戊醛的操作压力可减至最低、羟基特戊醛氢化成新戊二醇的收率可提高。
Description
新戊二醇是制造各种有用产品(例如合成树脂、塑料、涂料及润滑剂等)的重要原料。由异丁醛和甲醛经醛醇缩合反应成羟基特戊醛(hydroxypivaldehyde)，然后利用氢化反应器在氢化催化剂存在下，将羟基特戊醛氢化成新戊二醇的方法早已为人所熟知，如美国专利第2400724号、第2865819号、第3939216号等所揭示。异丁醛和甲醛进行醛醇缩合反应所使用的催化剂通常是碱性催化剂，例如碱金属化合物、碱土金属化合物或叔胺；氢化羟基特戊醛所使用的催化剂通常是异相催化剂，例如铜一铬氧化物、铂—钌—钨的混合物或阮尼镍。一般所熟知的氢化羟基特戊醛的反应器为附有气体喷布器的通气搅拌槽，如美国专利第4855515号所揭示。但是使用这类的氢化反应器会因氢气与液体的接触效率低而得到低的羟基特戊醛氢化成新戊二醇的收率，或是须要在高压下操作，造成反应槽的建造、操作及维护成本均极高，因而不利于工业生产。
经本发明人深入探讨的结果，发现使用附有具抽、排气能力的中空轴搅拌装置的反应槽进行羟基特戊醛的氢化，即可因氢气与液体的接触效率高而使得进行氢化的液体含有高浓度的溶解氢，造成氢化触媒具有极高的活性及快速的氢化反应速率，因而不须要在高压下进行操作即可得到高的新戊二醇收率，大大降低反应槽的建造、操作及维护成本甚钜，符合经济效益。
由异丁醛和以水溶液存在的甲醛(20-50重量百分比)在催化剂存在下所进行的醛醇缩合反应，通常所使用的异丁醛与甲醛的摩尔数比是1.1-1.4。一般所使用的催化剂量是反应液的0.2-3重量百分比。缩合反应的温度是摄氏70-100度，反应过程并使用氮气维持10-25磅/平方寸的压力，以使反应组成保留于液体内。缩合反应时间为60-180分钟。经醛醇缩合反应后的产物内包括未反应的异丁醛、不纯物、催化剂及催化剂衍生物等，通常的组成是异下醛(3-7重量百分比)、羟基特戊醛(43-70重量百分比)、水(20-51重量百分比)、催化剂(0.2-3重量百分比)、新戊二醇(0.2-1重量百分比)、甲醇(0.5-3重量百分比)及不纯物(0.8-2重量百分比)。醛醇缩合反应产物可直接、或经蒸馏回收异下醛得粗制的羟基特戊醛、或将粗制的羟基特戊醛以溶剂稀释后，送入附有中空轴搅拌装置的反应槽，然后加入氢化催化剂进行氢化反应。稀释羟基特戊醛所使用的溶剂可以是水，或甲醇、乙醇、丙醇、己醇、辛醇及新戊二醇中的至少一种的醇，或由水与甲醇、乙醇、丙醇、己醇、辛醇及新戊二醇中的至少一种的醇所混合而成的混合物。
本发明所称的“附有具抽、排气能力的中空轴搅拌装置的反应槽”，是包括一个可耐压的气密容器、一个提供搅拌与促进气液接触的旋转式搅拌装置(下面简称“中空轴搅拌装置”)。其中，用于提供搅拌与促进气液接触的旋转式搅拌装置是一种具抽、排气能力的型式。此搅拌装置包括上、下端各具有抽、排气孔，且于下端排气孔上附有叶轮的中空轴。此搅拌装置的中空轴可进一步附加额外的搅拌器，例如搅拌叶片及挡板，以促进反应槽内液体的循环及防止气泡过早的合并；附有中空轴搅拌器的反应槽可附加热交换板或蛇管，以利于氢化反应热的移除。另外，使用中空轴搅拌器氢化羟基特戊醛的操作方式可以是批式、半批式或连续式。
本发明所使用的耐压容器的形状，可以是具有椭圆形或半球形等凹形底面、或圆锥形底面的圆筒。容器上半部的槽盖不属本发明的特征范围，可以是由法兰或焊接而形成。为了确保对液体适当的搅拌与有效的抽、排气作用，圆筒的长度与直径的比值最好是介于0.4-3的范围。
在氢化羟基特戊醛的反应槽内设置中空轴搅拌装置，以使位于液面上方的氢气能够透过中空轴搅拌器上端的抽气孔而被引入于中空轴、然后经由中空轴下端排气孔上的叶轮将氢气排出分散于反应液中，可提高氢气与液体的接触效率。
下面即利用附图具体的说明中空轴搅拌装置的概念。
图1及图2分别是具有本发明所述特征的中空轴搅拌装置的侧视与上视的部份说明图。
图1与图2所示的搅拌装置，包括由马达带动旋转的中空轴1、位于中空轴上端的抽气孔2、下端的排气孔3，及位于下端排气孔上的叶轮4。叶轮4的叶片由上、下圆盘5固定。叶轮4的叶片6可以是平板形、弯曲形或凹形。另外，马达带动中空轴的方式可以是机械式或电磁式。
羟基特戊醛氢化反应的适当温度为摄氏70-120度，但以摄氏80-110度较佳；适当的氢气压力为80-1800磅/平方寸，但以140-1400磅/平方寸较佳；氢化催化剂的适当使用量是羟基特戊醛的0.2-15重量百分比，但以1-10重量百分比较佳。氢化反应时间为1至6小时。
经滤除催化剂后的粗制新戊二醇产物组成为42-80重量百分比的新戊二醇、16-54重量百分比的溶剂，以及少量的异丁醇、甲醇与不纯物。
粗制的新戊二醇产物可加入氢氧化钠进行碱化处理，以去除不纯物中所含的沸点与新戊二醇沸点极为接近的酯类副产物。氢氧化钠的使用量为新戊二醇重量的百分之一；碱化的温度为摄氏90度；处理时间为一小时。经卤化处理后的粗制新戊二醇产物先加以蒸馏去除低佛点的异丁醇及甲醇等，然后利用蒸发罐将氢氧化钠及其盐类去除，即可得到含溶剂的新戊二醇。必要时可进一步利用蒸馏塔去除溶剂，以得到仅含极微量不纯物的高纯度新戊二醇。由羟基特戊醛所得的新戊二醇收率为98-100％。
依本发明将附有中空轴搅拌装置的反应槽使用于羟基特戊醛的氢化，可因反应槽内氢气与液体的接触效率高而降低操作压力、且羟基特戊醛氢化成新戊二醇的收率可提高。
以下即以实施例对本发明进行更具体的说明，但本发明的旨意则不受实施例所限制。实施例一
取由异丁醛与甲醛水溶液在三乙基胺存在下所缩合而成的羟基特戊醛产物600克，加以蒸馏回收异丁醛与三乙基胺后，得粗制的羟基特戊醛560克(含有1.4重量百分比的异下醛、71重量百分比的羟基特戊醛、21重量百分比的水、0.2重量百分比的三乙基胺、1.3重量百分比的新戊二醇、0.1重量百分比的甲醇及5重量百分比的的不纯物)。将此560克的粗制羟基特戊醛投入体积为一公升的附有中空轴搅拌装置的耐压反应槽中，然后加入添加钼的阮尼镍催化剂12克，再加入氢气至440磅/平方寸后保持定压。接着启动反应槽的搅拌马达至搅拌轴为每分钟500转，再将温度升高至摄氏100度，然后于摄氏100度下反应2小时。反应完成后，将反应液冷却至室温，经滤除催化剂后分析反应产物的组成。结果得到99.8摩尔百分比的新戊二醇收率。比较例一
除使用不具有抽、排气能力的传统式叶轮搅拌装置，并加设一具引导氢气由液面下进入反应槽的气体喷布器之外，其余与实施例一相同。结果得到41.4摩尔百分比的新戊二醇收率。比较例二
除氢气加入至880磅/平方寸之外，其余与比较例一相同。结果得到71.5摩尔百分比的新戊二醇收率。
Claims (18)
1.一种新戊二醇的制法，其特征在于在氢化催化剂存在下，利用附有具抽、排气能力的中空轴搅拌器的反应槽，将存在于溶剂中的羟基特戊醛氢化成新戊二醇。
2.根据权利要求1所述的一种新戊二醇的制法，其特征在于，其中所述的羟基特戊醛是由异丁醛与甲醛利用碱性催化剂进行醛醇缩合反应所得的溶液、或去除该溶液所含未反应物与不纯物后的粗制缩合产物。
3.根据权利要求2所述的一种新戊二醇的制法，其特征在于，其中所述的溶剂可为水，或甲醇、乙醇、丙醇、己醇、辛醇及新戊二醇中的至少一种的醇，或由水与甲醇、乙醇、丙醇、己醇、辛醇及新戊二醇中的至少一种的醇所混合而成的水溶液。
4.根据权利要求1所述的一种新戊二醇的制法，其特征在于，其中所述的氢化可以是批式、半批式或连续式操作。
5.根据权利要求1所述的一种新戊二醇的制法，其特征在于，其中所述的氢化催化剂的适当使用量为羟基特戊醛的0.2-15重量百分。
6.根据权利要求5所述的一种新戊二醇的制法，其特征在于，其中所述的氢化催化剂的用量为羟基特戊醛的1-10重量百分比。
7.根据权利要求1所述的一种新戊二醇的制法，其特征在于，其中所述的氢化的氢气压力为80-1800磅/平方寸。
8.根据权利要求7所述的新戊二醇的制法，其特征在于，其中所述的氢化的氢气压力为140-1400磅/平方寸。
9.根据权利要求1所述的一种新戊二醇的制法，其特征在于，其中所述的羟基特戊醛的浓度为5-85重量百分比。
10.根据权利要求9所述的新戊二醇的制法，其特征在于，其中所述的羟基特戊醛的浓度为10-80重量百分比。
11.根据权利要求1所述的一种新戊二醇的制法，其特征在于，其中所述的氢化的反应时间为一至六小时。
12.根据权利要求1所述的一种新戊二醇的制法，其特征在于，其中所述的氢化的反应温度以摄氏70-120度为适当。
13.根据权利要求12所述的一种新戊二醇的制法，其特征在于，其中所述的氢化的反应温度为80-110度。
14.根据权利要求1所述的一种新戊二醇的制法，其特征在于，其中所述的具、排气能力的中空轴搅拌器，是指于一中空轴的上、下端各具有抽、排气孔，且于下端排气孔上附有叶轮的搅拌器。
15.根据权利要求1所述的一种新戊二醇的制法，其特征在于，其中所述的反应槽是为圆筒形。
16.根据权利要求1所述的一种新戊二醇的制法，其特征在于，其中所述的搅拌器可附加额外的搅拌装置。
17.根据权利要求1所述的一种新戊二醇的制法，其特征在于，其中所述的反应槽可附加档板。
18.根据权利要求1所述的一种新戊二醇的制法，其特征在于，其中所述的反应槽可附加热交换板或蛇管。
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