强酸性阳离子交换树脂催化制备醋酸正丙酯的工艺研究

强酸性阳离子交换树脂催化制备醋酸正丙酯的工艺研究 中国化学会第13届反应性高分子学术研讨会 强酸?陛阳离子交换树脂催化制备醋酸正丙酯的工艺研究 蓝平蓝丽红吴邦隆廖江妮廖安平 广西民族大学化学与生态 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院，南宁530006 1前言 醋酸正丙酯是一种无色透明具有芳香味液体，易燃、易挥发。能与醇、酮、醚等多数 有机溶剂混溶。对多种合成树脂具有良好的溶解能力，是乙基纤维素、硝基纤维素、苯乙 烯、甲基丙烯酸酯等许多合成树脂的有效溶剂。常用于有机合成，是用作涂料印刷油墨等 的溶剂，也是工业常用的脱水剂”】。工业上一般用硫酸作为催化剂直接制得8J，硫酸价格 低廉，酯化率高，但对设备腐蚀性强，反应后处理工作烦琐，三废严重，副产品多，产物 不易分离。用离子交换树脂作酸、碱催化剂的研究早在20世纪40年代已开始，研究 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明 离子交换树脂是缩合反应、脱水反应的有效催化剂删。本文采用阳离子交换树脂作为催化 剂合成乙酸正丙酯，它克服了浓硫酸作催化剂的缺点，产率较高，催化剂重复使用率高， 没有污染等优点，取得较好的效果。 2实验部分 2(1实验仪器 超级恒温器(501型，上海实验仪器厂)，DF—l集热式恒温磁力搅拌器(江苏 省金坛市 金城国胜实验仪器厂)，电子恒速搅拌机(JHS一1型，杭州仪表电机厂)，架盘天平(JYT-1 型，上海医用激光仪器厂)，电子分析天平(FA2004型，上海精科天平厂)，精确度为0(1? 的精密温度计。常规玻璃仪器等。 2(2实验试剂 正丙醇(AR):冰醋酸(AR);氢氧化钠(AR);工 业乙醇。 2(3实验方法 2(3(1实验步骤 打开超级恒温器，用水浴加热，把接点温度计调到实验所需温度，偏差可 0(5?。 按比例称好醋酸、正丙醇的量，在量简内混合，玻棒搅拌均匀。然后把正负 其余的混合样 倒入三颈烧瓶，同时打开电子恒速搅拌机，调好转速。 体系内温度达到实验所需温度并恒 定后，取样分析醋酸含量。往三颈烧瓶里加入催化 剂，记下该时刻，根据需耍取lml样品，稀释，中和滴定，测定醋酸的含量。以醋酸的转 [95】 中国化学会第13届反应性高分子学术研讨会 。化率为指标考察酯化反应过程。 反应混合物冷却至室温，粗酯用饱和Na2C03溶液调节到弱碱性，分别用饱和食盐 饱和eaCh溶液洗涤，最后用蒸馏水洗涤，酯层用无水Na2S04干燥，蒸馏并收集水， 99"(2—103"C 馏分，得到产品，产品使用阿贝折射仪测定折光率。 2(3(2分析方法 从体系混合样中取出lml样品放入25ml容量瓶后，用中和其中酸后的工 业乙醇稀释， 定容至25ml，摇匀，静止片刻后，再取出5ml的稀释液，用各好的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 氢氧化钠溶液进行滴定，记下所需的碱的体积，测出醋酸反应前后及某时刻的含量，醋酸(a)的浓度计算 式和转化率计算式如下: Y:v0-___yv×100, c^:毕(m。I,L)K 1×—=一X10I， 25 yo为初始耗碱量(单位)，y为每次滴定时的耗碱量。 3结果与讨论 3(1催化剂的性能考察 3(1(1催化剂的选择 将催化剂直接烘干，在沸腾温度下、正丙醇:醋酸=1:l(m01)、反应时间为1h、催 化剂用量为5,(以醋酸质量计)时，进行正丙醇与醋酸的酯化反应，根据实验结果选择合 适的催化剂(转化率最大者)。 表1 不同催化剂时反应的转化率 同样的条件下，1号催化剂的转化率较高，以下的实验选择1号催化剂。 3(1(2催化荆的稳定性及其再生能力的考察 为了考察催化剂的连续使用效果，将催化剂进行催化酯化反应一次后，将反应后的产 物倒出，催化剂用蒸馏水洗涤后用滤纸擦干，催化剂不经过任何处理直接用于下次反应， 继续使用催化剂。实验条件同上，在回流搅拌恒温情况下反应2h后，测定醋酸浓度，计 算其转化率。根据实验结果考察其稳定性。 在催化荆连续使用lO次后，其转化率基本保持不变，说明该树脂催化剂的稳定性较好。当催化剂催化活性下降时，用质量分数为7,的预处理溶剂浸泡24h，蒸馏水洗涤至无 【96】 氯，40?烘干，再用于同等条件下进行反应，以考察其再生能力。实验的的平均转化率为57(42,，表明该种催化剂的再生能力较强。 表2催化剂连续使用对转化率的影响 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0657仇56(58 56 52 5660 56 15 5645 55(97 57(48 57 转化率(,) 57(09 3(2 实验条件的考察 3(2(1酸醇比的影响 改变酸醇的摩尔比例，催化剂量保持为醋酸质量的5,，保持沸腾 温度，反应时间为 2h，按实验方法进行，求出反应2h生成酯的量，结果如表所示。 表3反应物料比对转化率的影响 1:1 1(2:1 1,4:1 1(6:1 1(8:1 2:1 酸醇比 49 63 38(10 38(6257(09 57(20 53(19 转化率(,) 实验结果表明，酸醇比为1(2:1时转化率最大。考虑到后续产品的分离，选用的酸醇 比为1:1。 3(2(2反应时间的影响 催化剂用量为5,(以冰醋酸的质量计)，冰醋酸与正丙醇的摩尔比为1:1，保持沸 腾温度，时间为1h，2h，3h，4h，5h，6h，7h，进行酯化反应。 表4反应时间对转化率的影响 实验结果表明，随着反应时间增加，醋酸的转化率提高。转化率在3h后基本保持不 变，说明反应进行到3h时已接近平衡。 3(2(3催化荆用量的影响 在相同条件下，冰醋酸与正丙醇的摩尔比为1:1，保持沸腾温度，反应时间2h，改 变催化剂用量，分别为5,，10,、15,、20,、25,，得到的实验结果列于表。根据实 结果选择催化剂用量。 验 表5催化剂用量对转化率的影响 【97】 中国化学会第13届反应性高分子学术研讨会 实验结果表明，醋酸的转化率随催化剂用量的增加而增加，但超过15,后，增加值并 不明显。从操作方面考虑，催化用量为醋酸起始量的15,较为合适。 3(2(4反应温度的影响 为了考察温度对反应的影响，固定酸,醇比为1:1(t001)，催化剂用量固定为15,，反 应时间为2h。分别做反应温度为60"C，70‘C，80"C，90"C，沸腾温度条件下的实验。 表6反麻温度对转化率的影响 实验结果表明，随着温度的升高转化率增大，体系沸腾时还可起到部分分水作用。 3r3验证实验 冰醋酸与正丙醇的摩尔比为1:1(催化荆用量为15,(以冰醋酸的质量 )，沸腾状计 态反应，反应时间为2h，按照实验方法进行酯化反应。醋酸的转化率为68(06,(三次实验 的平均值)。 3(4产物的表征 精制之后的产品是无色液体，具有柔和的水果香味，测得产品的折光率n芋=1(3846， 与文献值n君?=1(3844:t-0(0005相符。 4结论 1(用强酸性阳离子交换树脂催化合成醋酸正丙酯具有以下优点:产物与催化荆容易分离， 催化剂腐蚀设备少，污染少，催化剂易得，寿命长，再生能力较强。 2(强酸性阳离子交换树脂催化制备醋酸正丙酯适宜的条件为:反应时间为2h，催化剂用 量(以醋酸质量计)为15,，沸腾状态反应，酸醇摩尔比为1:1。在选定的实验条件 下，反应的转化率为68，06,。 3(反应产物的后续提纯过程还有待进一步研究。 参考文献 【1】章思规，精细的机化学品技术手册(下册)【M】，北京:科学技术出版社(1992( 【2]韩广旬等编译，有机制备化学手册(上卷)p伽，北京:石油化学工业出版社，1997 【3】张首才，赵庆权，化学工程师【J】，2003，(5): 【98】