第32卷第12期辽 宁 化 工Vo l.32,No.122003年12月L iao ning Chemical Industry December,2003连续反应精馏合成乙酸异丙酯许前会,张秋荣(淮海工学院,江苏连云港222005)摘 要: 以乙酸和异丙醇为原料通过连续反应精馏合成乙酸异丙酯,实验研究了影响反应的因素,结果表明最佳合成条件为:酸醇比1 1.2,回流比3,异丙醇的进料流量2mL /min,硫酸用量为乙酸体积的2%,乙酸异丙酯的最大收率为92.5%。
关 键 词: 反应精馏;酯化;乙酸异丙酯中图分类号: T Q 225.24 文献标识码: A 文章编号: 10040935(2003)12051002乙酸异丙酯是一种重要的精细化工中间体,对多种合成树脂有优良的溶解能力,是乙基纤维素、硝基纤维素、聚苯乙烯、甲基丙烯酸酯树脂等许多合成树脂的优良溶剂[1];常用作脱水剂、药物生产中的萃取剂及香料组分[2]。
传统的工业生产方法[3]是将乙酸和异丙醇在硫酸催化下进行酯化反应,再经中和、脱水、精馏而得产品,工艺长,设备多,能耗大;另外,由于受到反应平衡的限制,原料的转化率只有71%左右[4]。
而反应精馏工艺克服了上述缺陷,在乙酸乙酯、甲基叔丁基醚等工业生产中已经得到广泛应用[5]。
但采用连续反应精馏法合成乙酸异丙酯的工艺目前国内尚未见报道,因此本实验对此进行了研究。
1 实验部分1.1 实验仪器及试剂冰醋酸(AR 级,徐州溶剂厂),异丙醇(AR 级,上海化学试剂公司),硫酸(AR 级,上海化学试剂公司)。
气相色谱:气相色谱(GC910,上海分析仪器厂),采用GDX103柱,热导池检测,检测室温度110 。
反应精馏装置见图1。
填料为高效 金属丝网,塔釜温、顶温及塔顶冷凝液的回流采用自动控制,全回流下以甲醇-水体系测得全塔理论板数为42块。
图1 反应精馏装置1 冷却水;2 塔头;3 测温元件;4 摆针;5 电磁铁;6 集液管;7 乙酸及硫酸加料管;8 乙酸加料泵;9 塔柱;10 异丙醇加料管;11 异丙醇加料泵;12 压差计;13 出料管;14 反应釜;15 电热套2 实验方法将硫酸与乙酸按照一定的比例混合后用加料泵打入塔内,打开塔顶冷凝水,开启塔釜加热器给反应物升温,待沸腾以后,从塔下段用泵连续加入异丙醇,分别打开塔下段和上段保温电源,调节适当电流给塔保温;全回流操作30min 以后,打开收稿日期: 2003-09-16作者简介: 许前会(1970-),女,讲师。
回流比控制器,调节适当回流比进行部分回流操作。
收集塔顶馏出液,计量体积,取样送气相色谱测定组成。
用稀NaH CO 3溶液(10%)洗涤馏出液至中性,分出上层酯,简单蒸馏,收集沸点89~90 的馏分,得无色液体,有香味,折光率为1.3774,与文献[1]基本一致。
计算乙酸异丙酯收率,公式为:收率=(乙酸异丙酯摩尔数/乙酸摩尔数) 100%当n 乙酸 n 异丙醇<1或:收率=(乙酸异丙酯摩尔数/异丙醇摩尔数) 100%当n 乙酸 n 异丙醇>13 实验结果与讨论影响本反应精馏的主要因素有乙酸与异丙醇的进料摩尔比、回流比、异丙醇进料流量、催化剂硫酸用量。
3.1 乙酸与异丙醇的进料摩尔比在回流比为3、异丙醇进料流量为2mL/min 、硫酸加入量为乙酸体积的2%的条件下,不同酸醇比对酯收率的影响见表1。
酯化反应为可逆反应,为提高酯收率,通常采用酸或醇过量,并加入带水剂。
异丙醇与水形成共沸物,异丙醇过量有利于酯的生成,但过量太多,造成馏出液中乙酸异丙酯浓度低,后处理能耗增加,实验表明合适的酸醇比为1 1.2。
表1 酸醇比对乙酸异丙酯的影响n 乙酸 n 异丙醇 1.5/1 1.2/11/11/1.21/1.5y 乙酸异丙酯/%84.490.091.992.586.73.2 回流比在酸醇比为1 1.2、异丙醇进料流量为2mL/min 、硫酸加入量为乙酸体积的2%的条件下,不同回流比对乙酸异丙酯收率的影响见图2。
图2 回流比对乙酸异丙酯收率的影响在回流比小于2时,馏出液中乙酸含量偏高,反应不完全;但当回流比过大,乙酸异丙酯的收率反而下降,这主要是因为大量乙酸异丙酯回流塔内,发生逆反应。
合适的回流比为3。
3.3 异丙醇进料流量的影响在酸醇摩尔比为1 1.2、回流比为3、硫酸加入量为乙酸体积的2%的条件下,异丙醇进料流量对乙酸异丙酯收率的影响见图3。
由图可见,随流量增加乙酸异丙酯的收率降低,主要是因为进料量加大,异丙醇来不及反应。
但考虑到设备生产能力,本实验异丙醇采用2mL/min 进料。
图3 异丙醇进料流量对乙酸异丙酯收率的影响3.4 催化剂用量的影响采用浓硫酸作酯化反应催化剂,硫酸随乙酸从塔上段一起加入。
在酸醇摩尔比为1 1.2、回流比为3、异丙醇进料流量为2mL/min 条件下,改变催化剂浓硫酸在乙酸进料中的体积百分比,硫酸加入量对乙酸异丙酯的收率影响见表2。
由表可见,当硫酸用量超过乙酸体积的1%时,硫酸用量对乙酸异丙酯的收率影响较小。
但硫酸用量高时,影响产品的色泽,并增加后工序产物中和的耗碱量,因此,合适的硫酸用量为乙酸体积的2%。
表2 硫酸用量对乙酸异丙酯收率的影响v H 2SO 4/%0.512345y/%79.288.992.591.789.188.84 结 论(1)反应精馏法合成乙酸异丙酯不仅提高了乙酸异丙酯的收率,而且缩短工艺流程,制得的乙酸异丙酯品质好,因此反应精馏法合成乙酸异丙酯工艺具有广阔的工业应用前景。
(下转第514页)511第32卷第12期 许前会等:连续反应精馏合成乙酸异丙酯的用量达到150g/t 时,固形物含量会下降55%左右,高分子助剂SG01的用量达到0.9%时,固形物含量能下降43%左右。
(2)几种高分子助剂均能较为有效地降低造纸污水中的COD Cr 值,去除率在40%~58%左右。
参考文献1 张光华编译.劳嘉葆审.造纸湿部化学原理及其应用.北京:中国轻工业出版社,19982 朱勇强,等.动态滤水实验方法的探讨.中国造纸,1999(2):263 Abson ,R.M.Bailey ,C.D.Len derm an ,J.A.Nelson,and P.B.S imons .Perdicting the performance of shear-sensitive addi tives ,T appi ,1980;63(6):554 Yong-qiang Zhu ,Lai-su Xie ,Yan -quan long ,Wen-zhi Liang .Retention of Fines i n Reed Papermak i ng ,A -sia Pulp &Paper ,1997;34(4):25Study on the Effect of Macromolecule Material on S ewage of Paper MakingJI A N G Wen -x uan 1,CH E Wu -yi 1,WA N G X iao -li 2(1.L iaoning University of Petroleum&Chemical T echnology ,L iaoning Fushun 113001,China;2.Research institute of Petrochemical NO.1facto ry ,F usun P etrochemical Co.L iaoning Fushun 113008,China)Abstract:T he effect of macromolecule material on sewag e of paper making and the factors affecting T SS and CO D Cr of sew age w ere preliminary studied by means of dy namic drainage test in this paper .T he test results showed that for wood pulp sew age samples,Amphoteric starch ,CPA M and SG01had their marked influence o n suspended solid and CO D Cr of sewage samples .With the addition of 1%amphoter ic starch or 150~200g/t CPA M or 0.9%SG01,t he total suspended solid was descended by 40%~55%,COD Cr by 40%~58%.Key words:D ynamic drainage;M acr omolecule material;Sewage;T otal suspended solid;CO D Cr(上接第511页)(2)本实验装置中,最佳反应条件为:酸醇比1 1.2,回流比3,异丙醇的进料流量为2mL/min,硫酸用量为乙酸体积的2%,乙酸异丙酯最大收率达92.5%。
参考文献1 章思规.精细有机化学品技术手册(下册)[M ].北京:科技出版社,1992,15212 文彬,伍小驹.乙酸异丙酯合成研究进展[J ].精细化工中间体,2002,vol.32(3):7-83 司航.化工产品手册.有机化工原料(第三版)[M ].北京:化学工业出版社,1991.257-2584 苏丽红,王璇.相转移催化合成乙酸异丙酯[J].化学工程师,2002,Vol.92(5),8-95 刘雪暖,李玉秋.反应精馏技术的现状及其应用[J].化学工业与工程,2000,Vol.17(3),164-168Synthesis of Isopropyl Acetate by continuous Reactive DistillationX U Qian -hui ,ZH A N G Qiu -r ong(Huaihai I nstitute of technology ,jiangsu,lianyung ang,222005,China)Abstract:T he process of continuous reactive dist illation for the synthesis o f isopropy l acetate with acetic acid and isopropy l alco -hol was studied .T he influence facto rs on t he process were investigated by ex periments.T he results showed that the optimumconditions w er e as follo ws:acid-alcohol mo lar ratio was 1 1.2;r eflux ratio was 3;the feeding flux of isopropy l alcohol was 2mL /min;the volume percentage of H 2SO 4in feeding acetic acid was 2%.T he yield of iso propyl acetate w as up to 92.5%.Key words:R eactive dist illation;Esterification;Isopropy l acetate514 辽 宁 化 工 2003年12月。