CN110511131A - 一种反应精馏制备β-羟基醛的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种反应精馏制备β‑羟基醛的方法,通过羟醛缩合反应生成β‑羟基醛,包括:在反应精馏过程中引入水。通过反应精馏制备β‑羟基醛,并在反应精馏过程中引入水,能够减少不饱和醛副产物的生成,并阻止其进入后续的生产过程,同时能够有效避免副反应产生的原料额外损耗,提高目标产物的收率,且有利于最终产物的纯化精制,降低了对后续提纯工艺的要求,提高生产的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及化工生产领域,具体涉及一种反应精馏制备β-羟基醛的方法。
背景技术
β-羟基醛是生产多种产品的重要中间物,在工业生产中,通常用含有α-氢的醛经过羟醛缩合反应来制备β-羟基醛。羟醛缩合反应的原理为:具有α-氢的醛,在碱催化下生成碳负离子,然后碳负离子作为亲核试剂对醛或酮进行亲核加成,生成β-羟基醛。但是β-羟基醛非常容易受热脱水生成α-β不饱和醛或酮,是制备β-羟基醛中最主要的副产物,直接影响β-羟基醛的收率。如在碱性催化剂存在下,正丁基醛与甲醛反应生成中间产物单羟甲基丁基醛(MMB),单羟甲基丁基醛(MMB)继续与甲醛反应制得二羟甲基丁基醛(DMB),随后氢化得到2-乙基-2-(羟基甲基)-1,3-丙烷二醇(TMP)。反应过程中,单羟甲基丁基醛(MMB)极不稳定,易于发生脱水反应而生成不饱和醛副产物2-乙基-丙烯基醛(EA),这一反应是可逆的。2-乙基-丙烯基醛(EA)是制备2-乙基-2-(羟基甲基)-1,3-丙烷二醇(TMP)的最主要的副产物,含量约在15-25%左右,反应过程如下:
2-乙基-丙烯基醛(EA)的产出最终会影响2-乙基-2-(羟基甲基)-1,3-丙烷二醇(TMP)的收率。因此,控制副产物2-乙基-丙烯基醛(EA)的生成具有非常重要的意义。针对上述反应,中国专利文献CN1238753A公开了通过将副产物EA直接蒸馏回收以降低副产物含量的步骤,这一方法虽然可以提高原料的利用率,但蒸馏回收副产物加剧了单羟甲基丁基醛(MMB)分解为2-乙基-丙烯基醛(EA)的反应,导致更多的2-乙基-丙烯基醛(EA)返回了反应器,使反应器处理负担繁重、体积巨大且流程复杂。
发明内容
因此,本发明要解决的技术问题在于如何有效控制羟醛缩合反应过程中不饱和醛的产出,提高β-羟基醛的收率,从而提供一种反应精馏制备β-羟基醛的方法。
一种反应精馏制备β-羟基醛的方法,通过羟醛缩合反应生成β-羟基醛,包括:反应精馏过程中引入水。
进一步地,所述反应精馏过程在反应精馏塔中进行,所述水由所述反应精馏塔的缩合反应区和塔顶加入。
进一步地,所述反应精馏塔的缩合反应区和塔顶加入水的质量比为(0.1~10.0):1。
进一步地,所述反应精馏塔的操作压力为-0.08~0.20MPa。
进一步地,发生所述羟醛缩合反应的物料在所述反应精馏塔中的停留时间为0.5~8.0小时。
进一步地,所述反应精馏塔的塔顶温度为操作压力条件下发生羟醛缩合反应的原料的露点温度。
进一步地,所述反应精馏塔的塔釜温度不低于操作压力条件下水的泡点温度。
进一步地,在所述反应精馏过程中使用强制循环泵将位于所述反应精馏塔的塔釜的物料送回所述反应精馏塔的塔顶。
进一步地,所述羟醛缩合反应的原料至少包括一种具有α-氢的醛。
进一步地,所述水与所述羟醛缩合反应的原料中醛的质量比为(0.2~5):1。
进一步地,所述具有α-氢的醛为乙基醛、丙基醛或正丁基醛中的至少一种。
进一步地,所述具有α-氢的醛与甲醛反应生成所述β-羟基醛。
进一步地,所述羟醛缩合反应的原料在碱性催化剂的催化作用下反应,所述碱性催化剂为有机碱、无机碱或强碱弱酸盐中的至少一种。
进一步地,调节所述羟醛缩合反应的原料的pH至7.0~8.5。
本发明中,采用的反应精馏工艺单元的设备包括但不限于反应精馏塔,凡是利用能够实现反应精馏工艺的设备制备β-羟基醛,均在本申请请求保护的范围内。例如,采用的反应精馏工艺单元的设备是反应精馏塔,即蒸馏塔,反应精馏塔中使用填料、塔板和加热管等内件,填料可以是规整或散堆的金属或非金属材料制造,也可以采用泡罩塔、筛板塔等板式塔形式。
物料原料连续地送入和排出反应精馏塔。使用反应精馏塔进行操作处理,反应液体物料由反应精馏塔的反应段送入设备内,可以使用分布器或喷雾喷头等内件强化液体在塔内填料中的分布均匀性。由塔顶离开塔的气体物料经冷凝器冷凝后,全回流回塔内。由塔釜离开塔的液体物料的一部分经加热器加热沸腾部分气化后返回塔内,另一部分送出至反应精馏塔外。使用加热器、冷凝器及强化保温的方法维持反应精馏塔体系的温度,物料中的各组分依据“气液平衡”原理在塔内发生传质和传热,依据“化学反应平衡”原理在塔内发生化学反应。
可以使用强制循环泵使塔釜的液体物料重新送回反应精馏塔的上部,再次送入反应精馏塔内,提高物料转化率。
本发明技术方案,具有如下优点:
1.本发明提供的反应精馏制备β-羟基醛的方法,通过反应精馏制备β-羟基醛,并在反应精馏过程中引入水,抑制β-羟基醛脱水反应的正向进行,控制缩合反应区β-羟基醛与其脱水产物不饱和醛之间处于有利于生成β-羟基醛而抑制生成不饱和醛的化学平衡状态,沸点相对较高的β-羟基醛由于蒸馏分离作用离开缩合反应区富集于反应精馏工艺单元的设备底部,并可以排出进入后续加工单元,而沸点相对较低的不饱和醛在靠近设备顶部的水合反应区内富集,不由设备底部采出,通过上述方法,能够减少不饱和醛副产物的生成,并阻止其进入后续的生产过程,同时能够有效避免副反应产生的原料额外损耗,提高目标产物的收率,且有利于最终产物的纯化精制,降低了对后续提纯工艺的要求,提高生产的经济效益。
2.本发明提供的反应精馏制备β-羟基醛的方法,控制水由反应精馏塔的缩合反应区(即进料板以下发生缩合反应的区域)和塔顶加入,其中,一部分水由缩合反应区加入到反应精馏塔内,能够抑制塔内缩合反应区的缩合产物β-羟基醛脱水生成不饱和醛副产物,沸点相对较高的β-羟基醛由于蒸馏分离作用离开缩合反应区富集于反应精馏工艺单元的设备底部,并可以排出进入后续加工单元,而沸点相对较低的不饱和醛在靠近塔顶的水合反应区富集,另一部分水由反应精馏塔顶加入,促进不饱和醛在水合反应区发生水合反应生成β-羟基醛,通过精确控制水的加入位置使β-羟基醛的生产效率和收率更高。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明,并不局限于所述最佳实施方式,不对本发明的内容和保护范围构成限制,任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品,均落在本发明的保护范围之内。
下述实施例中的方法在反应精馏塔组成的缩合反应***中进行连续化生产。原料均计量连续加入反应精馏塔中,塔釜使用加热器加热,塔顶使用冷凝器冷凝气相物料,顶部冷凝的物料全回流返回塔内,在反应精馏塔中安装有塔板或填料及分布器等器件,并同时装有测温热电偶、pH值计等器件。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者,按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
一种反应精馏制备二羟甲基丁基醛的方法,操作如下:
调节并维持反应精馏塔的塔釜温度为60℃,压力为-0.06MPa(表压);向反应精馏塔中连续地以100克/小时的速度送入质量含量为99%的正丁基醛和甲醛(正丁基醛与甲醛的摩尔比为1:2.2),并以12克/小时的速度向缩合反应区送入水,以8克/小时的速度向反应精馏塔顶顶送入水;根据pH值计的测量数据,向反应精馏塔缩合反应区连续地送入质量含量为30%的三甲基胺水溶液,调节反应精馏塔内物料的pH值至8.5;调节反应精馏塔内的液位和出料速度,以使物料在反应精馏塔内的总保留时间保持在0.5小时,在反应精馏过程中使用强制循环泵将位于反应精馏塔的塔釜的物料送回反应精馏塔的塔顶,缩合产物由塔釜采出。
实施例2
一种反应精馏制备二羟甲基丁基醛的方法,操作如下:
调节并维持反应精馏塔的塔釜温度为50℃,压力为-0.07MPa(表压);向反应精馏塔中连续地以100克/小时的速度送入质量含量为99%的正丁基醛和甲醛(正丁基醛与甲醛的摩尔比为1:2.2),并以15克/小时的速度向缩合反应区送入水,以25克/小时的速度向反应精馏塔顶顶送入水;根据pH值计的测量数据,向反应精馏塔缩合反应区连续地送入质量含量为30%的三甲基胺水溶液,调节反应精馏塔内物料的pH值至7.5;调节反应精馏塔内的液位和出料速度,以使物料在反应精馏塔内的总保留时间保持在4.0小时,在反应精馏过程中使用强制循环泵将位于反应精馏塔的塔釜的物料送回反应精馏塔的塔顶,缩合产物由塔釜采出。
实施例3
一种反应精馏制备二羟甲基丁基醛的方法,操作如下:
调节并维持反应精馏塔的塔釜温度为65℃,压力为-0.05MPa(表压);向反应精馏塔中连续地以100克/小时的速度送入质量含量为99%的正丁基醛和甲醛(正丁基醛与甲醛的摩尔比为1:2.2),并以40克/小时的速度向缩合反应区送入水,以10克/小时的速度向反应精馏塔顶送入水;根据pH值计的测量数据,向反应精馏塔缩合反应区连续地送入质量含量为30%的三甲基胺水溶液,调节反应精馏塔内物料的pH值至7.5;调节反应精馏塔内的液位和出料速度,以使物料在反应精馏塔内的总保留时间保持在1.5小时,在反应精馏过程中使用强制循环泵将位于反应精馏塔的塔釜的物料送回反应精馏塔的塔顶,缩合产物由塔釜采出。
实施例4
一种反应精馏制备二羟甲基丁基醛的方法,操作如下:
调节并维持反应精馏塔的反应区的温度为45℃,压力为-0.08MPa(表压);向反应精馏塔中连续地以100克/小时的速度送入质量含量为99%的正丁基醛和甲醛(正丁基醛与甲醛的摩尔比为1:2.2),并以75克/小时的速度向缩合反应区送入水,以25克/小时向反应精馏塔顶送入水;根据pH值计的测量数据,向反应精馏塔缩合反应区连续地送入质量含量为30%的三甲基胺水溶液,调节反应精馏塔内物料的pH值至7.0;调节反应精馏塔内的液位和出料速度,以使物料在反应精馏塔内的总保留时间保持在2.5小时,在反应精馏过程中使用强制循环泵将位于反应精馏塔的塔釜的物料送回反应精馏塔的塔顶,缩合产物由塔釜采出。
实施例5
一种反应精馏制备二羟甲基丁基醛的方法,操作如下:
调节并维持反应精馏塔的反应区的温度为45℃,压力为-0.08MPa(表压);向反应精馏塔中连续地以100克/小时的速度送入质量含量为99%的正丁基醛和甲醛(正丁基醛与甲醛的摩尔比为1:2.2),并以140克/小时的速度向缩合反应区送入水,以60克/小时的速度向反应精馏塔顶送入水;根据pH值计的测量数据,向反应精馏塔缩合反应区连续地送入质量含量为30%的三甲基胺水溶液,调节反应精馏塔内物料的pH值至8.0;调节反应精馏塔内的液位和出料速度,以使物料在反应精馏塔内的总保留时间保持在1.5小时,在反应精馏过程中使用强制循环泵将位于反应精馏塔的塔釜的物料送回反应精馏塔的塔顶,缩合产物由塔釜采出。
实施例6
一种反应精馏制备二羟甲基丁基醛的方法,操作如下:
调节并维持反应精馏塔的塔釜温度为82℃,压力为0.05MPa(表压);向反应精馏塔中连续地以100克/小时的速度送入质量含量为99%的正丁基醛和甲醛(正丁基醛与甲醛的摩尔比为1:2.2),并以150克/小时的速度向缩合反应区送入水,以150克/小时的速度向反应精馏塔顶送入水;根据pH值计的测量数据,向反应精馏塔缩合反应区连续地送入质量含量为30%的三甲基胺水溶液,调节反应精馏塔内物料的pH值至8.0;调节反应精馏塔内的液位和出料速度,以使物料在反应精馏塔内的总保留时间保持在4.0小时,在反应精馏过程中使用强制循环泵将位于反应精馏塔的塔釜的物料送回反应精馏塔的塔顶,缩合产物由塔釜采出。
实施例7
一种反应精馏制备二羟甲基丁基醛的方法,操作如下:
调节并维持反应精馏塔的反应区的温度为71℃,压力为-0.02MPa(表压);向反应精馏塔中连续地以100克/小时的速度送入质量含量为99%的正丁基醛和甲醛(正丁基醛与甲醛的摩尔比为1:2.2),并以80克/小时的速度向缩合反应区送入水,以320克/小时的速度向反应精馏塔顶送入水;根据pH值计的测量数据,向反应精馏塔缩合反应区连续地送入质量含量为30%的三甲基胺水溶液,调节反应精馏塔内物料的pH值至8.5;调节反应精馏塔内的液位和出料速度,以使物料在反应精馏塔内的总保留时间保持在4.0小时,在反应精馏过程中使用强制循环泵将位于反应精馏塔的塔釜的物料送回反应精馏塔的塔顶,缩合产物由塔釜采出。
实施例8
一种反应精馏制备二羟甲基丁基醛的方法,操作如下:
调节并维持反应精馏塔的反应区的温度为45℃,压力为-0.08MPa(表压);向反应精馏塔中连续地以100克/小时的速度送入质量含量为99%的正丁基醛和甲醛(正丁基醛与甲醛的摩尔比为1:2.2),并以250克/小时的速度向缩合反应区送入水,以50克/小时的速度向反应精馏塔顶送入水;根据pH值计的测量数据,向反应精馏塔缩合反应区连续地送入质量含量为30%的三甲基胺水溶液,调节反应精馏塔内物料的pH值至8.5;调节反应精馏塔内的液位和出料速度,以使物料在反应精馏塔内的总保留时间保持在3.5小时,在反应精馏过程中使用强制循环泵将位于反应精馏塔的塔釜的物料送回反应精馏塔的塔顶,缩合产物由塔釜采出。
实施例9
一种反应精馏制备β-羟基丁醛的方法,操作如下:
调节并维持反应精馏塔的反应区的温度为80℃,压力为0.2MPa(表压);向反应精馏塔中连续地以100克/小时的速度送入质量含量为99%的乙基醛,并以8克/小时的速度向缩合反应区送入水,80克/小时的速度向反应精馏塔顶送入水;根据pH值计的测量数据,向反应精馏塔缩合反应区连续地送入质量含量为10%的氢氧化钠水溶液,调节反应精馏塔内物料的pH值至8.5;调节反应精馏塔内的液位和出料速度,以使物料在反应精馏塔内的总保留时间保持在1.0小时,在反应精馏过程中使用强制循环泵将位于反应精馏塔的塔釜的物料送回反应精馏塔的塔顶,缩合产物由塔釜采出。
实施例10
一种反应精馏制备二羟甲基丁基醛的方法,操作如下:
调节并维持反应精馏塔的反应区的温度为45℃,压力为-0.08MPa(表压);向反应精馏塔中连续地以100克/小时的速度送入质量含量为99%的正丁基醛和甲醛(正丁基醛与甲醛的摩尔比为1:2.2),并以445克/小时的速度向缩合反应区送入水,以55克/小时的速度向反应精馏塔顶送入水;根据pH值计的测量数据,向反应精馏塔缩合反应区连续地送入质量含量为30%的三甲基胺水溶液,调节反应精馏塔内物料的pH值至8.0;调节反应精馏塔内的液位和出料速度,以使物料在反应精馏塔内的总保留时间保持在8小时,在反应精馏过程中使用强制循环泵将位于反应精馏塔的塔釜的物料送回反应精馏塔的塔顶,缩合产物由塔釜采出。
实施例11
一种反应精馏制备二羟甲基丁基醛的方法,操作如下:
调节并维持反应精馏塔的反应区的温度为65℃,压力为-0.05MPa(表压);向反应精馏塔中连续地以100克/小时的速度送入质量含量为99%的正丁基醛和甲醛(正丁基醛与甲醛的摩尔比为1:2.2),并以300克/小时的速度向缩合反应区送入水,以30克/小时的速度向反应精馏塔顶送入水;根据pH值计的测量数据,向反应精馏塔缩合反应区连续地送入质量含量为30%的三甲基胺水溶液,调节反应精馏塔内物料的pH值至8.0;调节反应精馏塔内的液位和出料速度,以使物料在反应精馏塔内的总保留时间保持在8小时,在反应精馏过程中使用强制循环泵将位于反应精馏塔的塔釜的物料送回反应精馏塔的塔顶,缩合产物由塔釜采出。
实施例12
一种反应精馏制备三羟甲基乙基醛的方法,操作如下:
调节并维持反应精馏塔的塔釜温度为50℃,压力为-0.05MPa(表压);向反应精馏塔中连续地以100克/小时的速度送入质量含量为99%的乙基醛和甲醛(乙基醛与甲醛的摩尔比为1:3.2),并以200克/小时的速度向缩合反应区送入水,以100克/小时的速度向反应精馏塔顶送入水;根据pH值计的测量数据,向反应精馏塔缩合反应区连续地送入三乙基胺,调节反应精馏塔内物料的pH值至8.0;调节反应精馏塔内的液位和出料速度,以使物料在反应精馏塔内的总保留时间保持在2小时,在反应精馏过程中使用强制循环泵将位于反应精馏塔的塔釜的物料送回反应精馏塔的塔顶,缩合产物由塔釜采出。
实施例13
一种反应精馏制备二羟甲基丙基醛的方法,操作如下:
调节并维持反应精馏塔的反应区的温度为50℃,压力为-0.05MPa(表压);向反应精馏塔中连续地以100克/小时的速度送入质量含量为99%的丙基醛和甲醛(丙基醛与甲醛的摩尔比为1:2.1),并以200克/小时的速度向缩合反应区送入水,以100克/小时的速度向反应精馏塔顶送入水;根据pH值计的测量数据,向反应精馏塔缩合反应区连续地送入质量含量为20%的碳酸钠水溶液,调节反应精馏塔内物料的pH值至8.0;调节反应精馏塔内的液位和出料速度,以使物料在反应精馏塔内的总保留时间保持在2.5小时,在反应精馏过程中使用强制循环泵将位于反应精馏塔的塔釜的物料送回反应精馏塔的塔顶,缩合产物由塔釜采出。
对比例1
一种反应精馏制备二羟甲基丁基醛的方法,操作如下:
调节并维持反应精馏塔的塔釜温度为45℃,压力为-0.08MPa(表压);向反应精馏塔中连续地以100克/小时的速度送入质量含量为99%的正丁基醛和甲醛(正丁基醛与甲醛的摩尔比为1:2.2);根据pH值计的测量数据,向反应精馏塔缩合反应区连续地送入质量含量为30%的三甲基胺水溶液,调节反应精馏塔内物料的pH值至8.0;调节反应精馏塔内的液位和出料速度,以使物料在反应精馏塔内的总保留时间保持在8.0小时,在反应精馏过程中使用强制循环泵将位于反应精馏塔的塔釜的物料送回反应精馏塔的塔顶,缩合产物由塔釜采出。
对比例2
一种制备二羟甲基丁基醛的方法,操作如下:
使用串联的两台搅拌釜式反应器,调节并维持反应器的缩合反应温度为80℃,压力为0MPa(表压);以100克/小时的速度向反应***中连续送入质量含量为99%的正丁基醛和37%的甲醛(正丁基醛与甲醛的摩尔比为1:2.2);根据pH值计的测量数据,向反应器连续地送入质量含量为30%的三甲基胺水溶液,调节反应器内物料的pH值至8.0;调节反应器内的液位和出料速度,以使物料的停留时间保持在1.5小时,缩合产物由釜底采出。
实验例
采用液相色谱分析的方法检测实施例1-11、对比例1-2中得到的缩合产物中的不饱和醛的含量以及制备得到β-羟基醛的收率,检测结果如表1所示。
表1缩合产物的检测结果
由上述检测结果可知,采用本发明提供的方法能够明显提高β-羟基醛的收率,降低不饱和醛副产物的含量,由实施例10和对比例1的检测结果对比,在反应精馏过程中向缩合反应区和塔顶引入水,使得β-羟基醛的收率由68.85%提升至80.12%,不饱和醛副产物的含量由23.35%降至14.23%。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (14)
1.一种反应精馏制备β-羟基醛的方法,通过羟醛缩合反应生成β-羟基醛,其特征在于,包括:反应精馏过程中引入水。
2.根据权利要求1所述的反应精馏制备β-羟基醛的方法,其特征在于,所述反应精馏过程在反应精馏塔中进行,所述水由所述反应精馏塔的缩合反应区和塔顶加入。
3.根据权利要求2所述的反应精馏制备β-羟基醛的方法,其特征在于,所述反应精馏塔的缩合反应区和塔顶加入水的质量比为(0.1~10.0):1。
4.根据权利要求2或3所述的反应精馏制备β-羟基醛的方法,其特征在于,所述反应精馏塔的操作压力为-0.08~0.20MPa。
5.根据权利要求2~4任一所述的反应精馏制备β-羟基醛的方法,其特征在于,发生所述羟醛缩合反应的物料在所述反应精馏塔中的停留时间为0.5~8.0小时。
6.根据权利要求2~5任一所述的反应精馏制备β-羟基醛的方法,其特征在于,所述反应精馏塔的塔顶温度为操作压力条件下发生羟醛缩合反应的原料的露点温度。
7.根据权利要求2~6任一所述的反应精馏制备β-羟基醛的方法,其特征在于,所述反应精馏塔的塔釜温度不高于操作压力条件下水的泡点温度。
8.根据权利要求2~7任一所述的反应精馏制备β-羟基醛的方法,其特征在于,在所述反应精馏过程中使用强制循环泵将位于所述反应精馏塔的塔釜的物料送回所述反应精馏塔的塔顶。
9.根据权利要求1~8任一所述的反应精馏制备β-羟基醛的方法,其特征在于,所述羟醛缩合反应的原料至少包括一种具有α-氢的醛。
10.根据权利要求9所述的反应精馏制备β-羟基醛的方法,其特征在于,所述水与所述羟醛缩合反应的原料中醛的质量比为(0.2~5):1。
11.根据权利要求9或10所述的反应精馏制备β-羟基醛的方法,其特征在于,所述具有α-氢的醛为乙基醛、丙基醛或正丁基醛中的至少一种。
12.根据权利要求9~11任一所述的反应精馏制备β-羟基醛的方法,其特征在于,所述具有α-氢的醛与甲醛反应生成所述β-羟基醛。
13.根据权利要求1~12任一所述的反应精馏制备β-羟基醛的方法,其特征在于,所述羟醛缩合反应的原料在碱性催化剂的催化作用下反应,所述碱性催化剂为有机碱、无机碱或强碱弱酸盐中的至少一种。
14.根据权利要求1~13任一所述的反应精馏制备β-羟基醛的方法,其特征在于,调节所述羟醛缩合反应的原料的pH至7.0~8.5。
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