CN102304041B - 一种无溶剂酯化反应-蒸馏一体化工艺 - Google Patents
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Abstract
一种无溶剂酯化反应-蒸馏一体化工艺,是由高位投料槽、酯化反应釜、储存罐、薄膜蒸发器串联组成,将脂肪族醇酸原料由高位槽经过前处理进入到带有催化剂固定床的可循环酯化反应釜内,采用循环酯化的方法来完成酯化反应,并采取不断抽真空的方法将反应生成的水蒸除,促进酯化反应正向进行,酯化反应完成后,粗产物经过氮气保护的储存罐,被循环泵送到薄膜蒸发器内,蒸除未参加反应的过量的小分子量有机原料后,再经过精制得到纯净产品。本发明与传统的酯化工艺相比,整个过程无需溶剂参与,过量小分子有机原料可回收利用,是节能减排,绿色无污染的酯化合成工艺。
Description
技术领域:
本发明涉及一种无溶剂酯化反应-蒸馏一体化工艺,该工艺应用于脂肪族醇酸酯化合成,具有节能减排,绿色无污染的特点。
背景技术:
酯化反应一般由脂肪族醇和脂肪族羧酸在催化剂存在下,脱水反应生成脂肪族酯。传统酯化工艺分为两种:一种为有溶剂方法,脂肪族醇酸采用均相或多相催化剂,在溶剂条件下酯化反应,溶剂能够和水形成共沸,不断将水从反应体系中带出,促进反应正向进行,能够作为带水剂的溶剂有甲苯、二甲苯等。有溶剂条件下酯化反应存在一些不足之处,在带水过程中由于溶剂不断地回流冷凝,部分热量被通过热交换的方式带走,增加了能耗,同时反应完成后,溶剂必须被蒸离反应体系并回收,溶剂的回收过程中,会有部分损失,甲苯、二甲苯等溶剂成本昂贵,造成产品生产成本增加,溶剂的使用给环境带来污染,且部分溶剂有毒,对操作人员造成伤害。
另一种方法为无溶剂法,无溶剂方法又分为两种,一种采用酯化反应中过量有机组分作为带水剂,通常这种过量的有机组分和水的相容性不好(如丁醇),能够和水形成共沸,或是采用不断向反应体系中鼓入有机组分蒸汽(如甲醇),有机组分蒸汽将反应生成的水带走,促进酯化反应进行,此种方法对于酯化原料要求较高,应用范围较窄;另一种方法为在对反应体系抽真空,将反应生成的水蒸出,这种方法一般需要用对体系可溶性催化剂,且容易造成酯化程度不高,酯化时间长。
发明内容:
本发明的目的在于,提供一种无溶剂酯化反应-蒸馏一体化工艺,该工艺由高位槽、酯化反应釜、储存罐、薄膜蒸发仪串联组成,将脂肪族醇酸原料由高位槽经过前处理进入到带有催化剂固定床的可循环酯化反应釜内,采用循环酯化的方法来完成酯化反应,并采取不断抽真空的方法将反应生成的水蒸除,促进酯化反应正向进行,酯化反应完成后,粗产物经过氮气保护的储存罐,被循环泵送到薄膜蒸发器内,蒸除未参加反应的过量的小分子量有机原料后,再经过精制得到纯净产品。本发明与传统的酯化工艺相比,整个过程无需溶剂参与,过量小分子有机原料可回收利用,是节能减排,绿色无污染的酯化合成工艺。
本发明所述的一种无溶剂酯化反应-蒸馏一体化工艺,该工艺为脂肪族酯类合成工艺,是由高位投料槽、酯化反应釜、储存罐、薄膜蒸发器串联组成,具体操作按下列步骤进行:
a、将酯化原料分别加入高位投料槽(1)、(2)、(3)、(4)、(5)中,充入氮气保护并启动加热***,待原料充分溶化后,通过真空***(19)进入酯化反应釜(12)内,其中酯化底料的加入至少含有一种液体原料,其常压下沸点≤500℃;
b、打开冷凝器(15)和耐高温循环泵(17),物料通过耐高温循环泵(17)由酯化反应釜(12)釜体泵出,通过催化剂固定床(14),然后由喷淋头(13)喷雾流回酯化反应釜(12)内,在循环过程中发生反应,并不断循环,完成酯化反应,得到粗产物,将粗产物泵入储存罐(22)内,充入氮气保护,其中酯化反应温度为100℃-150℃;
c、储存罐(22)内的粗产物经过耐高温循环泵(24)被泵入到薄膜蒸发器(26)内,打开冷凝器(28)、真空***(27)和耐高温循环泵(33),在温度140℃,真空压力300pa,蒸除未参加反应的过量的小分子量有机原料,再利用薄膜蒸发仪(26)精制得到纯净产品,,冷凝器(28)冷凝为液态,流入接受罐(29)。
步骤a酯化工艺在无溶剂抽真空条件下进行,真空***(19)和(27)的真空压力为300-3000pa。
步骤a反应体系原料使用可溶性催化剂为对甲苯磺酸。
步骤b中在并不断循环时,同时经过真空***(19)抽负压,反应生成的水蒸汽被从釜体(12)内抽出,经过冷凝器(15),冷却为液态,流入接受罐(20)。
步骤b催化剂固定床(14)中固载固体催化剂为MCM-41介孔分子筛或阳离子树脂D001、LSCA-30或LSI-600。
该工艺中所涉及的装置是由高位投料槽、酯化反应釜、储存罐、薄膜蒸发器串联组成,在高位投料槽(1)、(2)、(3)、(4)和(5)上各自带有加热装置,并在出料口各带有一个阀门(6)、(7)、(8)、(9)和(10),高位投料槽之间为并联状态,通过连接管与酯化反应釜(12)连接,酯化反应釜(12)底部通过耐高温循环泵(17)与催化剂固定床(14)连接,催化剂固定床(14)的一端的喷淋头(13)固定在酯化反应釜(12)内,在酯化反应釜(12)的上端通过冷凝器(15)与接收罐(20)连接,接收罐(20)的顶部固定真空***(19),耐高温循环泵(17)通过连接管与储存罐(22)连接,储存罐(22)的底部的出料口通过耐高温循环泵(24)与薄膜蒸发器(26)连接,高温循环泵(33)的一端与薄膜蒸发器(26)的顶端进料口连接,另一端连接薄膜蒸发器(26)的底部,在薄膜蒸发器(26)的顶端通过冷凝器(28)与接收罐(29)连接,接收罐(29)的顶部固定真空***(27)。
高位投料槽(1)、(2)、(3)、(4)和(5)为单独使用或同时使用。
本发明所述的一种无溶剂酯化反应-蒸馏一体化工艺,其特点为:物料进入酯化釜后,采用无溶剂循环酯化的方法来完成酯化反应,酯化反应釜带有循环装置、催化剂固定床和喷淋头及真空冷凝***,物料在酯化反应釜内被耐高温循环泵泵出,流经催化剂固定床,在催化剂固定床内发生反应后,由喷淋头喷入到酯化釜内,不断循环酯化,同时在酯化釜内反应生成的水通过真空冷凝***被抽出体系,促进反应进行,酯化反应完成后,经过储存罐泵入可循环的薄膜蒸发器中,经过薄膜蒸发器蒸除过量未反应的小分子量有机组分后精制,脱水的作用在于不断促进酯化反应正向进行,与传统的有溶剂酯化工艺相比,整个过程无需溶剂参与,过量小分子有机原料可回收利用,是节能减排,绿色无污染的酯化合成工艺。
本发明所述工艺应用于脂肪族醇酸酯化合成,采用小分子量有机组分过量加入的方式,在无溶剂条件下循环酯化并串联薄膜蒸发器循环脱除过量小分子有机组分,再对产品进行精制,达到纯化产品的目的,其中对原料要求仅为至少一种液体原料参与,其常压下沸点≤500℃即可,由于催化剂固定床的使用,使酯化反应可以应用于均相催化反应和非均相催化反应体系,较传统无溶剂酯化工艺用途更为广泛。
本发明所述的工艺,在酯化反应体系中若使用可溶性催化剂,需将催化剂直接加入酯化原料中,若使用固体催化剂,需通过催化固定床固载。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
本发明所述的工艺将通过以下实施例进行图示和解释,而这些实施例并非对本发明进行限制。
本发明所涉及的装置是由高位投料槽、酯化反应釜、储存罐、薄膜蒸发器串联组成,高位投料槽1、2、3、4和5为单独使用或同时使用,在高位投料槽1、2、3、4和5上各自带有加热装置,并在出料口各带有一个阀门6、7、8、9和10,高位投料槽之间为并联状态,通过连接管与酯化反应釜12连接,酯化反应釜12底部通过耐高温循环泵17与催化剂固定床14连接,催化剂固定床14的一端的喷淋头13固定在酯化反应釜12内,在酯化反应釜12的上端通过冷凝器15与接收罐20连接,接收罐20的顶部固定真空***19,耐高温循环泵17通过连接管与储存罐22连接,储存罐22的底部的出料口通过耐高温循环泵24与薄膜蒸发器26连接,高温循环泵33的一端与薄膜蒸发器26的顶端进料口连接,另一端连接薄膜蒸发器26的底部,在薄膜蒸发器26的顶端通过冷凝器28与接收罐29连接,接收罐29的顶部固定真空***27。
实施例1(三羟甲基丙烷三庚酸酯的合成):
a、在高位投料槽1内加入原料三羟甲基丙烷134kg和催化剂对甲苯磺酸2kg,高位槽投料2内加入庚酸400kg,将高位投料槽1充入氮气保护并启动加热***,使三羟甲基丙烷和对甲苯磺酸溶化,待原料充分溶化后,打开真空***19,真空压力为1000pa,同时关闭阀门18和21,打开阀门6,7,11和16,高位投料槽1和2内的原料在负压的条件下被吸入到酯化反应釜12内,等原料完全被吸入后,关闭阀门11;
b、开真空***19,同时打开冷凝器15和耐高温循环泵17,物料通过耐高温循环泵17从酯化反应釜12泵出,通过催化剂固定床14,此时催化剂固定床不填充体系不溶性固体催化剂,由喷淋头13喷雾流回酯化反应釜12内,在循环过程中发生反应,并不断循环,完成酯化反应,酯化温度为100℃,得到粗产物,反应生成的水通过真空冷凝***被收集到接受罐20,待接受罐内的水收集到53-54kg后,酯化反应结束,停止真空***19和冷凝器15,关闭阀门16、21,打开阀门18,将酯化粗产物泵入到储存罐22,并充氮气保护;
c、打开阀门23、25和30,关闭阀门31和32,储存罐22内的粗产物经过耐高温循环泵24被泵入到薄膜蒸发器26内,关闭阀门25,同时启动薄膜蒸发器26,并打开冷凝器28、真空***27,及耐高温循环泵33,在温度140℃下,真空压力300pa,庚酸被蒸出,通过真空冷凝***流入接受罐29,至不再有庚酸被蒸出为止,利用薄膜蒸发器26脱完庚酸后,关闭阀门30,打开阀门32,产品被泵出精制,经过薄膜蒸发器脱除庚酸后,得到粗产品465kg,产品浅黄色透明,酸值为0.8,精制后产品酸值0.05,粘指174.5,倾点-59℃,闪点228℃。
实施例2(三羟甲基丙烷三庚酸酯的合成):
a、在高位投料槽1内加入原料三羟甲基丙烷134kg,高位槽投料2内加入庚酸400kg,将高位投料槽1充入氮气保护并启动加热***,使三羟甲基丙烷溶化,待原料充分溶化后,打开真空***19,真空压力为2000pa,同时关闭阀门18和21,打开阀门6,7,11和16,高位投料槽1和2内的原料在负压的条件下被吸入到酯化反应釜12内,等原料完全被吸入后,关闭阀门11;
b、开真空***19,同时打开冷凝器15和耐高温循环泵17,物料通过耐高温循环泵17从酯化反应釜12泵出,通过催化剂固定床14,在催化剂固定床14内填充5kg阳离子树脂LSI-600,由喷淋头13喷雾流回酯化反应釜12内,在循环过程中发生反应,并不断循环,完成酯化反应,酯化温度为120℃,得到粗产物,反应生成的水通过真空冷凝***被收集到接受罐20,待接受罐内的水收集到53-54kg后,酯化反应结束,停止真空***19和冷凝器15,关闭阀门16、21,打开阀门18,将酯化粗产物泵入到储存罐22,并充氮气保护;
c、打开阀门23、25和30,关闭阀门31和32,储存罐22内的粗产物经过耐高温循环泵24被泵入到薄膜蒸发器26内,关闭阀门25,同时启动薄膜蒸发器26,并打开冷凝器28、真空***27,及耐高温循环泵33,在温度140℃下,真空压力300pa,庚酸被蒸出,通过真空冷凝***流入接受罐29,至不再有庚酸被蒸出为止,利用薄膜蒸发器26脱完庚酸后,关闭阀门30,打开阀门32,产品被泵出精制,经过薄膜蒸发器脱除庚酸后,得到粗产品460kg,产品浅黄色透明,酸值为0.2,精制后产品酸值0.05,粘指174.5,倾点-59℃,闪点228℃。
实施例3(哑铃型产品2-三羟甲基丙烷-己二酸-4-庚酸酯的合成):
a、在高位投料槽1内加入原料三羟甲基丙烷134kg,高位槽投料2加入己二酸73kg,高位槽3投入280kg庚酸,对高位投料槽1和2充入氮气保护并启动加热***,使三羟甲基丙烷和对甲苯磺酸溶化,待原料充分溶化后,打开真空***19,真空压力为3000pa,同时关闭阀门18和21,打开阀门6,7,11和16,高位投料槽1和2内的原料在负压的条件下被吸入到酯化反应釜12内,待原料完全被吸入后,关闭阀门11;
b、打开真空***19,同时打开冷凝器15和耐高温循环泵17,物料通过耐高温循环泵17从酯化反应釜12泵出,通过催化剂固定床14,在催化剂固定床14内填充5kg阳离子树脂LSCA-30,由喷淋头13喷雾流回酯化反应釜12内,在循环过程中发生反应,并不断循环,完成酯化反应,酯化温度为140℃,得到粗产物,反应生成的水通过真空冷凝***被收集到接受罐20,待接受罐内的水收集到53-54kg后,酯化反应结束,停止真空***19和冷凝器15,关闭阀门16、21,打开阀门18,将酯化粗产物泵入到储存罐22,并充氮气保护;
c、打开阀门23、25和30,关闭阀门31和32,储存罐22内的粗产物经过耐高温循环泵24被泵入到薄膜蒸发器26内,关闭阀门25,同时启动薄膜蒸发器26,并打开冷凝器28、真空***27,及耐高温循环泵33,在温度150℃下,真空压力500pa,庚酸被蒸出,通过真空冷凝***流入接受罐29,至不再有庚酸被蒸出为止,利用薄膜蒸发器26脱完庚酸后,关闭阀门30,打开阀门32,产品被泵出精制,经过薄膜蒸发器脱除庚酸后,得到粗产品405kg,产品浅黄色透明,酸值为1.2,精制后产品酸值0.3,粘指171.2,倾点-55℃,闪点242℃。
实施例4(哑铃型产品2-三羟甲基丙烷-己二酸-2-油酸-2庚酸酯的合成):
a、在高位投料槽1内加入原料三羟甲基丙烷134kg,高位槽投料2加入己二酸73kg,高位投料槽3加入油酸282kg,高位投料槽4加入庚酸140kg,对高位投料槽1和2充入氮气保护并启动加热***,使三羟甲基丙烷和对甲苯磺酸溶化,待原料充分溶化后,打开酯化反应釜12,通过真空***19,真空压力为1500pa,同时关闭阀门18,21,打开阀门6,7,11,16,这时高位投料槽1和2内的原料在负压的条件下被吸入到酯化反应釜12的釜体内,待原料完全被吸入后,关闭阀门11;
b、打开冷凝器15和耐高温循环泵17,物料通过耐高温循环泵17由酯化反应釜12釜体泵出,通过催化剂固定床14,在催化剂固定床14内填充5kg阳离子树脂D001,然后由喷淋头13喷雾流回酯化反应釜12内,在循环过程中发生反应,并不断循环,完成酯化反应,酯化温度为110℃,得到粗产物,反应生成的水通过真空冷凝15***被收集到接受罐20,待接受罐20不再有水被蒸出时,打开阀门8和11,将油酸吸入酯化釜12,关闭阀门11,继续循环酯化直至不再有水被蒸出流入接受罐20,打开阀门9和11,将庚酸吸入酯化反应釜12,继续酯化至不再有水被蒸出,酯化反应停止,停止真空***19和冷凝器15,关闭阀门16和21,打开阀门18,将酯化粗产物泵入到储存罐22,并充氮气保护;
c、打开阀门23,25和30,关闭阀门31和32,储存罐22内的粗产物经过耐高温循环泵24被泵入到薄膜蒸发器26内,关闭阀门25,打开冷凝器28、真空***27和耐高温循环泵33,在温度160℃,真空压力600pa,庚酸被蒸出,通过真空冷凝系28统流入接受罐29,至不再有庚酸被蒸出为止,利用薄膜蒸发仪脱完庚酸后关闭阀门30,打开阀门32,产品被泵出精制,经过薄膜蒸发器脱除庚酸后,得到粗产品549kg,产品黄色透明,酸值为1.5,精制后产品酸值0.5,粘指185.3,倾点-45℃,闪点268℃。
实施例5(哑铃型产品2-三羟甲基丙烷-己二酸-1-油酸-1-棕榈酸-2庚酸酯的合成):
a、在高位投料槽1内加入原料三羟甲基丙烷134kg,高位槽投料2加入己二酸73kg,高位投料槽3加入油酸142kg,高位投料槽4加入棕榈酸126.5kg,高位投料槽5加入庚酸140kg,对高位投料槽1、2和4充入氮气保护并启动加热***,使三羟甲基丙烷和对甲苯磺酸溶化,待原料充分溶化后,打开酯化反应釜12,通过真空***19,真空压力为2500pa,同时关闭阀门18,21,打开阀门6,7,11,16,这时高位投料槽1和2内的原料在负压的条件下被吸入到酯化反应釜12内,待原料完全被吸入后,关闭阀门11;
b、打开冷凝器15和耐高温循环泵17,物料通过耐高温循环泵17由酯化反应釜12釜体泵出,通过催化剂固定床14,在催化剂固定床14内填充5kgMCM-41介孔分子筛,然后由喷淋头13喷雾流回酯化反应釜12内,在循环过程中发生反应,并不断循环,完成酯化反应,酯化温度为150℃,得到粗产物,反应生成的水通过真空冷凝15***被收集到接受罐20,待接受罐20不再有水被蒸出时,打开阀门8和11,将油酸吸入酯化釜12,关闭阀门11,继续循环酯化直至不再有水被蒸出流入接受罐20,打开阀门9和11,将棕榈酸吸入酯化反应釜12,继续酯化至不再有水被蒸出,流入接受罐20,打开阀门10和阀门11,将庚酸吸入酯化反应釜12内,继续酯化至不再有水被蒸出,酯化反应停止,停止真空***19和冷凝器15,关闭阀门16和21,打开阀门18,将酯化粗产物泵入到储存罐22,并充氮气保护;
c、打开阀门23,25和30,关闭阀门31和32,储存罐22内的粗产物经过耐高温循环泵24被泵入到薄膜蒸发器26内,关闭阀门25,打开冷凝器28、真空***27和耐高温循环泵33,在温度140℃,真空压力300pa,庚酸被蒸出,通过真空冷凝系28统流入接受罐29,至不再有庚酸被蒸出为止,利用薄膜蒸发仪脱完庚酸后关闭阀门30,打开阀门32,产品被泵出精制,经过薄膜蒸发器脱除庚酸后,得到粗产品521kg,产品黄色透明,酸值为1.3,精制后产品酸值0.6,粘指181.4,倾点-39.5℃,闪点277℃。
Claims (6)
1.一种无溶剂酯化反应-蒸馏一体化工艺,其特征在于该工艺中所涉及的装置是由高位投料槽、酯化反应釜、储存罐、薄膜蒸发器串联组成,在高位投料槽1(1)、2(2)、3(3)、4(4)和5(5)上各自带有加热装置,并在出料口各带有一个阀门1(6)、2(7)、3(8)、4(9)和5(10),高位投料槽之间为并联状态,通过连接管与酯化反应釜(12)连接,酯化反应釜(12)底部通过耐高温循环泵(17)与催化剂固定床(14)连接,催化剂固定床(14)的一端的喷淋头(13)固定在酯化反应釜(12)内,在酯化反应釜(12)的上端通过冷凝器(15)与接收罐(20)连接,接收罐(20)的顶部固定真空***(19),耐高温循环泵(17)通过连接管与储存罐(22)连接,储存罐(22)的底部的出料口通过耐高温循环泵(24)与薄膜蒸发器(26)连接,高温循环泵(33)的一端与薄膜蒸发器(26)的顶端进料口连接,另一端连接薄膜蒸发器(26)的底部,在薄膜蒸发器(26)的顶端通过冷凝器(28)与接收罐(29)连接,接收罐(29)的顶部固定真空***(27),具体操作按下列步骤进行:
a、将酯化原料分别加入高位投料槽1(1)、2(2)、3(3)、4(4)和5(5)中,充入氮气保护并启动加热***,待原料充分溶化后,通过真空***(19)进入到酯化反应釜(12)内,其中酯化原料的加入至少含有一种液体原料,其常压下沸点≤500℃;
b、打开冷凝器(15)和耐高温循环泵(17),物料通过耐高温循环泵(17)由酯化反应釜(12)釜体泵出,通过催化剂固定床(14),然后由喷淋头(13)喷雾流回酯化反应釜(12)内,在循环过程中发生反应,并不断循环,完成酯化反应,得到粗产物,将粗产物泵入储存罐(22)内,充入氮气保护,其中酯化反应温度为100℃-150℃;
c、储存罐(22)内的粗产物经过耐高温循环泵(24)被泵入到薄膜蒸发器(26)内,打开冷凝器(28)、真空***(27)和耐高温循环泵(33),在温度140℃,真空压力300pa,蒸除未参加反应的过量的小分子量有机原料,再利用薄膜蒸发仪(26)精制得到纯净产品,,冷凝器(28)冷凝为液态,流入接受罐(29)。
2.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于步骤a酯化工艺在无溶剂抽真空条件下进行,真空***(19)和(27)的真空压力为300-3000pa。
3.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于步骤a反应体系原料使用可溶性催化剂为对甲苯磺酸。
4.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于步骤b中在并不断循环时,同时经过真空***(19)抽负压,反应生成的水蒸汽被从釜体(12)内抽出,经过冷凝器(15),冷却为液态,流入接受罐(20)。
5.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于步骤b催化剂固定床(14)中固载固体催化剂为MCM-41介孔分子筛或阳离子树脂D001、LSCA-30或LSI-600。
6.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于高位投料槽1(1)、2(2)、3(3)、4(4)和5(5)为单独使用或同时使用。
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