二元醇羧酸酯的制备及工艺优化研究

1、二元醇羧酸酯的制备及工艺优化研究二元醇羧酸酯的制备及工艺优化研究 二元醇羧酸酯的制备及工艺优化研究二元醇羧酸酯的制备及工艺优化研究 目 录 论文综述 丙二醇二乙酸酯(PGDA)的工艺优化 乙二醇二丙酸酯(EGDP)的合成及溶剂性能分析 乙二醇二乙酸酯(EGDA)的制备工艺优化 结论 一、论文综述 有机羧酸酯作为一大类重要的化工产品，其用途相当广泛，其中 二元醇羧酸酯具有高沸点、低微毒、强溶解性能及原材料便宜等 特点，其应用面得到广泛拓展，市场需求极为广阔。 一、论文综述 二元醇羧酸酯制备方法二元醇羧酸酯制备方法 直接酯化直接酯化 二元卤代烷烃和脂肪酸对应的钠盐反应二元卤代烷烃和脂肪酸对应的钠盐

2、反应 二元醇和脂肪酸酐反应二元醇和脂肪酸酐反应 环氧烷烃和脂肪酸的直接开环酯化环氧烷烃和脂肪酸的直接开环酯化 二元醇和脂肪酸酰氯反应二元醇和脂肪酸酰氯反应 一、论文综述 研究目的：基于目前一些企业生产二元醇羧酸酯工艺的 不完善及品种种类的不足，开发出具有市场竞争力的新产 品，同时对现有产品的生产工艺不断优化改进，最终获得 高品质、低成本、绿色新型产品，给企业带来良好的社会 和经济效益。 研究内容：研究开发具有代表性及优势的较新产品丙二 醇二乙酸酯、乙二醇二丙酸酯的合成及工艺，对现有产品 乙二醇二乙酸酯工艺进行优化改进及生产验证，为其它多 元醇羧酸酯系列的合成和生产提供实验参考依据。 二、丙二醇

3、二乙酸酯的工艺优化 2.1 1.82.02.22.42.62.83.03.23.43.6 75 80 85 90 95 100 PGDA收率/% 酸醇摩尔比 A 酸醇摩尔比对丙二醇二 乙酸酯产率的影响 0.40.60.81.01.21.41.61.82.02.2 75 80 85 90 95 100 PGDA收率/% 氯化锌用量/% B催化剂用量对丙二醇二乙 酸酯产率的影响 46810121416182022 75 80 85 90 95 100 PGDA收率/% 甲苯用量% C 甲苯用量对丙二醇二甲苯用量对丙二醇二 乙酸酯产率的影响乙酸酯产率的影响 A BC 单因素试验结果 二、丙二醇二乙酸

4、酯的工艺优化 2.2 正交实验结果 确定了催化剂和带水剂的情况下，对影响丙二醇二乙酸酯产率的 得到催化剂用量、脱水剂用量、酸醇比例和反应时间等4个主要因素 进行丙二醇二丙酸酯合成工艺的正交优化。 二、丙二醇二乙酸酯的工艺优化 2.3 结论 1、对13种催化剂进行了筛选，确定出氯化锌是制备 丙二醇二乙酸酯较理想的催化剂； 2、对5种带水剂进行筛选，确定甲苯为最佳带水剂； 3、在确定了催化剂和带水剂单因素试验基础上研究 了影响丙二醇二乙酸酯产率的催化剂用量、脱水剂用量、 酸醇摩尔比和反应时间等4个主要因素，在单因素基础上 通过正交优化得出最优的工艺参数：n(乙酸）：n(丙二醇） =3.0:1，反应

5、时间5.0 h，氯化锌用量为1.0%，甲苯用量 为10%，结果显示PGDA收率达94.2%，双酯含量也高达 95.31%，总酯含量达到99.83%。 三、乙二醇二丙酸酯的合成及溶剂性能分析 3.1单因素实验 1.82.02.22.42.62.83.03.23.43.6 70 75 80 85 90 EGDP收率/% 酸醇摩尔比 A 酸醇摩尔比对乙二醇二丙酸酯产率的影响 0.40.60.81.01.21.41.61.82.02.2 70 75 80 85 90 EGDP收率/% 对甲苯磺酸用量/% B对甲苯磺酸比对乙二醇二丙酸酯产率的影响 46810121416 70 75 80 85 90 E

6、GDP收率/% 甲苯用量/% C 甲苯用量比对乙二醇二丙酸酯产率的影响 1.82.02.22.42.62.83.03.23.43.6 70 75 80 85 90 EGDP收率/% 反应时间/h D 反应时间比对乙二醇二丙酸酯产率的影响 A B C D 三、乙二醇二丙酸酯的合成及溶剂性能分析 3.2 结构表征 4000350030002500200015001000500 20 40 60 80 100 透光率透光率Transmittance / % 波数Wavenumber 波数Wavenumber / cm-1 b 核磁共振谱图a 红外谱图 三、乙二醇二丙酸酯的合成及溶剂性能分析 3.3

7、正交优化实验结果 为优化试验参数，根据单因素试验结果，用正交试验来研究酸醇摩尔比、催化剂用量、 脱水剂用量和反应时间对产物乙二醇二丙酸酯收率的影响，从而确定较佳的制备工艺。 三、乙二醇二丙酸酯的合成及溶剂性能分析 3.4 常见高沸点溶剂的溶解性能分析 A B 3.5 结论 1、正交试验结果表明：酸醇摩尔比影响最大，对甲苯磺酸用 量影响次之，反应时间影响其次，甲苯用量影响最小，最佳合成工 艺为n(丙酸）：n(乙二醇) =2.5:1，甲苯和对甲苯磺酸分别占反应 物总质量的10%和1%，反应时间为3.0h，乙二醇二丙酸酯收率最 高可达87.4%。 2、通过与常见高沸点溶剂的溶解性能对比分析，乙二醇二

8、丙 酸酯为强溶剂，对常见丙烯酸树脂和环氧树脂具有优良的溶解性能 ，而且相对环保和安全，在涂料、塑料等工业中具有潜在的应用价 值。 三、乙二醇二丙酸酯的合成及溶剂性能分析 四、乙二醇二乙酸酯的制备工艺优化 a 不同催化剂种类对产品收率和组分的 影响 4.1 催化剂优化设计 b 不同催化剂及不同催化次数对产品收率和组分的影响 c 氯化铜的添加量及对甲苯磺酸的多次催化对产品收率和组分的影响 d 氯化铜不同添加次数对催化效果的影响 四、乙二醇二乙酸酯的制备工艺优化 a 不同n(乙酸）：n(乙二醇)摩尔比对产品组分和收率的影响 b 不同回流比对产品组分和收率的影响 c 不同浓度碱液对产品碱洗时间、产品组

9、分和收率的影响 d 优化工艺后产品参数明细表 e 乙二醇制乙二醇二乙酸酯月产量成本表 四、乙二醇二乙酸酯的制备工艺优化 四、乙二醇二乙酸酯的制备工艺优化 4.2 结论 1、通过催化剂的筛选和优化，得出采用催化剂为对甲 苯磺酸，并在对甲苯磺酸催化一次后连续添加三次相对于对 甲苯磺酸用量的20%氯化铜激活对甲苯磺酸，从而达到一个 周期连续四次酯化的目标，可有效降低废渣总质量和优化产 品品质。 2、通过优化不同n(乙酸）：n(乙二醇)摩尔比、回流比 和优化精制工艺对产品组分和收率的影响，得出n(乙酸）： n(乙二醇)摩尔比和回流比的最优值分别为2.2:1和2.0:1，及 采用质量分数为15%的碳酸钠

10、水溶液进行碱洗，产品品质和 收率得到明显的改善，最高收率可达94.9%。 3、优化后的工艺经过初步生产验证，可降低成本比例 高达6.28%，废渣总量明显降低30.5%，单次反应时间缩短 了13.1%，即获得了可观的经济效益。 五、总结 1、PGDA工艺优化结果工艺优化结果： n(乙酸）：乙酸）：n(丙二醇丙二醇) =3.0:1，反应时，反应时 间间5. 0h，氯化锌用量为，氯化锌用量为1.0%，甲苯用量为，甲苯用量为10%，结果显示，结果显示PGDA收收 率达率达94.2%，双酯含量也高达，双酯含量也高达95.31%，总酯含量达到，总酯含量达到99.83%。并进。并进 行了中试验证。行了中试验

11、证。 2、EGDP工艺优化结果工艺优化结果：n(丙酸）：丙酸）：n(乙二醇乙二醇) =2.5:1，对甲苯，对甲苯 磺酸和甲苯分别占物料总质量的磺酸和甲苯分别占物料总质量的1.0%和和10%，反应时间，反应时间3.0h，乙二，乙二 醇二丙酸酯产品几乎无单酯产生，产品收率最高可达醇二丙酸酯产品几乎无单酯产生，产品收率最高可达87.4%。 3、EGDA工艺优化结果：工艺优化结果：n(乙酸）：乙酸）：n(乙二醇乙二醇)=2.2:1，回流比，回流比 为为2.0:1，采用质量分数为，采用质量分数为15%的碳酸钠水溶液碱洗。最后，在优化的碳酸钠水溶液碱洗。最后，在优化 工艺基础上，中试及拟生产统计数据表明：废渣总量降低了工艺基础上，中试及拟生产统计数据表明：废渣总量降低了30.5%， 单次反应时间缩短了单次反应时间缩短了13.1%，最终降低生产成本比例高达，最终降低生产成本比例高达6.28%，产，产 品品质和收率得到较为明显的提高，并获得了可观的经济效益。品品质和收率得到较为明显的提高，并获得了可观的经济效益。 4、研究研究EGDA、PGDA和和EGDP溶剂性能比较分析得出，三种溶剂性能比较分析得出，三种 溶剂溶剂EGDA、PGDA和