【正文】 乙二醇丁醚醋酸酯的實(shí)驗(yàn)優(yōu)化。 (1) 產(chǎn)品收率達(dá)到90％以上； (3) 產(chǎn)品的含量達(dá)到95％以上。解決的關(guān)鍵問題：（1）確定合成產(chǎn)品最好的工藝路線。（3）確定提高產(chǎn)品收率的最好的方法及其工藝因素。（2） 傾出反應(yīng)液，催化劑不溶于反應(yīng)液留在反應(yīng)瓶中而與反應(yīng)液分離。（3） 對(duì)產(chǎn)物干燥,常壓蒸餾回收未反應(yīng)的乙二醇丁醚，減壓蒸餾收集78～81℃／。技術(shù)路線： 溶劑，催化劑較溫和的溫度乙二醇丁醚醋酸酯粗品原料分離催化劑10ML，5%碳酸鈉溶液反應(yīng)液干燥加水中性溶液常壓蒸餾乙二醇丁醚減壓蒸餾乙二醇丁醚醋酸酯四 研究工作條件和基礎(chǔ)所需儀器：玻璃反應(yīng)器、真空干燥箱、攪拌器、電加熱套及玻璃容器等。南 通 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）題目： 乙二醇丁醚醋酸酯的合成工藝研究　 姓 名：　　黃劍鋒　　　指導(dǎo)教師：　　王樹清　　　專 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝　南通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院2011年06月摘 要本論文研究乙二醇丁醚醋酸酯的合成方法，通過乙酸和乙二醇丁醚在催化劑D002強(qiáng)酸性陽離子催化樹脂和帶水劑的條件下反應(yīng)直接合成了乙二醇丁醚醋酸酯。相比常規(guī)方法具有反應(yīng)時(shí)間短，產(chǎn)率高，副產(chǎn)物少，后處理簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，是一種合成乙二醇丁醚醋酸酯的理想方法。 with the Abbe refractometer, and infrared analysis, the identification of a glycol ether acetate and the structure of the refractive index. Reaction time pared to conventional method has a short, high yield and less byproducts, and simple postprocessing is a synthesis of ethylene glycol butyl ether acetate ideal method.
Key words: Ethylene glycol butyl ether acetate, D002strong acid cation resin catalyst, Glycol butyl ether，Acetic acid.目 錄摘 要 IABSTRACT I1引言 1 1 3 42 文獻(xiàn)綜述 5 帶水劑的了解 5 帶水劑在酯化反應(yīng)中的作用 5 6 帶水劑用量對(duì)酯化反應(yīng)的影響 6 6 酯化反應(yīng)的催化劑的研究與展望 6 7 酯化反應(yīng)催化劑的研究展望 9 10 103 實(shí)驗(yàn)部分 10 103．1．1 實(shí)驗(yàn)儀器 10 實(shí)驗(yàn)試劑 11 反應(yīng)原理 11 反應(yīng)步驟 11 124 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 13 13 帶水劑用量對(duì)產(chǎn)物收率的影響 13 反應(yīng)物摩爾比對(duì)產(chǎn)物收率的影響 14 15 反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)物收率的影響 16 重復(fù)實(shí)驗(yàn) 16 產(chǎn)品分析與檢測(cè) 17 185 結(jié)論 196 參考文獻(xiàn) 20致 謝 221引言 乙二醇丁醚醋酸酯工業(yè)生產(chǎn)多采用乙二醇丁醚和醋酸為原料經(jīng)硫酸催化酯化得到，由于用硫酸作均相催化劑，由此造成設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，副反應(yīng)多，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，廢水排放量大，后處理工藝復(fù)雜等眾所周知的弊端。有識(shí)之士也作了大量有益的探索并發(fā)現(xiàn)了一些有工業(yè)化應(yīng)用前景的酯化催化劑[1]。用SO42/TiO2固體超強(qiáng)酸作催化劑，催化活性高，催化效率較快，重復(fù)使用性好，產(chǎn)品收率高，后處理簡(jiǎn)單，不腐蝕設(shè)備，無三廢污染，便于工業(yè)化生產(chǎn)等特點(diǎn)。強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂是一種高分子磺酸，價(jià)廉易得，催化反應(yīng)速度快，不溶于反應(yīng)體系，易于分離和處理，不腐蝕設(shè)備，不污染環(huán)境，是零排放有機(jī)合成的優(yōu)良催化劑，分離出的催化劑具有重復(fù)催化性能，可使生成連續(xù)化，極有工業(yè)使用價(jià)值。催化劑占反應(yīng)物質(zhì)總質(zhì)量的2%，%，同時(shí)該樹脂在重復(fù)催化過程中產(chǎn)品收率稍有下降，重復(fù)使用5次，%。說明采用強(qiáng)酸性陽離子作為催化劑，一方面可避免濃硫酸作催化劑所帶來的一系列的問題。另外強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂是一種常用的酸性催化劑，來源容易，價(jià)廉，無腐蝕性[35]。該法具有酯化物收率高，反應(yīng)過程簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。近年來，有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道了強(qiáng)酸性離子交換樹脂作酯化催化劑的研究情況，資料顯示該法具有轉(zhuǎn)化率高，產(chǎn)品顏色淺，易于進(jìn)行后處理等優(yōu)點(diǎn)。732強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂作催化劑性能良好，產(chǎn)物中焦油含量較少，顏色淺，優(yōu)于濃硫酸作催化劑。近年來，雜多酸作為酸催化劑已在烯烴水合、環(huán)氧化物醇化、苯烴化及合成乙酸正丁酯等反應(yīng)中證明比傳統(tǒng)礦物酸具有更高的催化活性。雜多酸硅鎢酸及固載硅鎢酸(鹽)在合成酯類和縮醛(酮)中，具有良好的催化活性，以硅鎢酸和固載硅鎢酸(鹽)為催化劑合成單個(gè)酯和單個(gè)縮醛(酮)的研究不少[67]。但是，由于硅鎢酸的比表面積小，不易與產(chǎn)品分離，回收困難，重復(fù)使用性差，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。固載硅鎢酸及硅鎢酸鹽在結(jié)構(gòu)上保持了硅鎢酸的Kegg in 結(jié)構(gòu)，由酸的催化活性中心H離子替換為鹽的催化活性中心。硅鎢酸在酯化反應(yīng)，縮酮反應(yīng)中具有較好的催化活性，但回收再生率差，成本高，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。目前，國(guó)內(nèi)研究固載硅鎢酸較少，只有活性炭固載，而硅鎢酸鹽固載也是TiO2,分子篩，進(jìn)一步研究其他固載體，提高催化劑催化活性，開發(fā)新的催化劑，改進(jìn)反應(yīng)條件和反應(yīng)方法降低生產(chǎn)成本，保護(hù)環(huán)境，減少設(shè)備腐蝕，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，仍是研究者深入探討的課題。這是一種價(jià)廉易得，催化效果好，用量少，不溶于反應(yīng)體系而易分離，基本不存在對(duì)設(shè)備的腐蝕和環(huán)境污染，后處理工藝簡(jiǎn)單，具有應(yīng)用價(jià)值的催化劑[8] 。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，催化劑的催化活性高，可重復(fù)使用[9]。因此人們就不斷尋找優(yōu)良的固相催化劑來代替硫酸。采用一步法制備了鈰改性SBA15分子篩，進(jìn)一步用硫酸浸漬處理增強(qiáng)分子篩表面酸活性中心。所得的催化劑具有良好的催化性能，%[10]。結(jié)果表明，負(fù)載氯化鋁的大孔型低交聯(lián)度陽離子交換樹脂有較好的催化性能，在反應(yīng)溫度為75℃，苯酚/甲醛（摩爾比）為5:1，反應(yīng)3小時(shí)的條件下，所得雙酚F的收率可達(dá)80%以上，催化劑可重復(fù)使用3次，性能無明顯下降[11]。由于濃硫酸同時(shí)具有酯化、脫水和氧化等作用，導(dǎo)致一系列副反應(yīng)的發(fā)生，給產(chǎn)品的精制和原料的回收帶來困難。為了克服上述缺點(diǎn)，采用強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂作催化劑合成此產(chǎn)品。但是單一品種的合成酯催化劑催化性能不盡人意，而由鈦酸酯和鋅酸鹽復(fù)合而成的催化劑具有協(xié)同效應(yīng)，表現(xiàn)出良好的催化活性，催化劑的用量可大大減少，在工業(yè)生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景[14]。本課題不僅能培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考與創(chuàng)新能力，也能提高學(xué)生的動(dòng)手能力，同時(shí)生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)方面有重要的意義。一方面，合成環(huán)境友好的催化劑所采用的原料都比較易得，在開發(fā)過程中可以降低成本；另一方面，合成環(huán)境友好的催化劑所采用的都是低毒、高效、無污染的工藝，較大范圍的降低了環(huán)境的負(fù)荷。研究?jī)?nèi)容：（1）制備固體酸，強(qiáng)酸性樹脂，強(qiáng)酸性陽離子等催化劑。（3）催化劑催化合成乙二醇丁醚醋酸酯的實(shí)驗(yàn)優(yōu)化。 (2) 合成反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率及選擇性達(dá)到90％以上；2 文獻(xiàn)綜述 帶水劑的了解酯是一大類重要的精細(xì)化工產(chǎn)品，應(yīng)用范圍涵蓋了生產(chǎn)生活的方方面面，如用于合成香料，化妝品，食品及飼料添加劑，表面活性劑，防腐劑，橡膠及塑料的增塑劑，制藥工業(yè)的原料和中間體等，羧酸酯的工業(yè)合成方法多采用濃硫酸作為催化劑，存在的弊端眾所周知，因而近一，二十年來對(duì)酯化反應(yīng)的研究熱點(diǎn)集中在可代替濃硫酸的催化劑方面，發(fā)現(xiàn)了一些諸如固載雜多酸，固體超強(qiáng)酸，稀土硫酸鹽，氨基磺酸等高效，環(huán)保，經(jīng)濟(jì)型的催化劑，為工業(yè)化提供了廣闊前景，酯是由羧酸和醇在酸催化下，羧酸中的羥基被烴氧基取代的可逆反應(yīng)制得的產(chǎn)物，除目的產(chǎn)物酯之外還有水生產(chǎn)。 帶水劑在酯化反應(yīng)中的作用按照化學(xué)熱力學(xué)理論，帶水劑能與水或反應(yīng)物之一形成二元或三元共沸物而將水及時(shí)帶出反應(yīng)體系，打破了反應(yīng)的熱力學(xué)平衡，使反應(yīng)向有利于生成酯的方向進(jìn)行；按照化學(xué)動(dòng)力學(xué)理論，及時(shí)將生成物移出反應(yīng)體系，即反應(yīng)體系中水量減少，使反應(yīng)物濃度提高，從而加快反應(yīng)速度；有機(jī)化學(xué)反應(yīng)常伴有副反應(yīng)發(fā)生，加入帶水劑降低了酯化反應(yīng)體系的溫度，可以抑制副反應(yīng)的發(fā)生，提高原料的利用率。使用帶水劑苯，甲苯，二甲苯，環(huán)己烷和石油醚等均具有程度不等的毒性，反應(yīng)液經(jīng)后處理所得產(chǎn)品中會(huì)因含有少許等帶水劑而影響產(chǎn)品品質(zhì)，對(duì)用于食品，化妝品和醫(yī)藥工業(yè)的酯更為不利，產(chǎn)物后處理過程中常需將反應(yīng)液蒸餾分離，蒸餾過程中作為前餾分的帶水劑會(huì)帶出少量目的產(chǎn)物酯而將低產(chǎn)品收率，帶水劑因在反應(yīng)體系中沸點(diǎn)最低，所以在酯化反應(yīng)以及反應(yīng)液蒸餾過程中會(huì)從體系中逸出而對(duì)環(huán)境造成污染。此外帶水劑用量過多，后處理過程中消耗熱量多，產(chǎn)品損失也隨之增多，因而存在一最佳帶水劑用量。（1）若反應(yīng)物之一或產(chǎn)物酯可與水形成共沸物且前兩者不溶于水，或與水的互溶性很小，可考慮不用帶水劑。但異戊醇不可過多，否則蒸餾過程中將帶出較多的酯從而降低一次性蒸餾的酯產(chǎn)率。乳癰乙酸乙酯做帶水劑合成乳酸乙酯，產(chǎn)品可作食品工業(yè)用香料及香料增香劑；（3）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置或