微结构反应器在巯基乙酸甲酯合成反应中的应用.pdf

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化工进展
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS
2011年第30卷增刊
研究开发
微结构反应器在巯基乙酸甲酯合成反应中的应用
贾少明,李亚芳,赵建宏,王留成,宋成盈,王建设
(郑州大学化工与能源学院,河南郑州450001)
摘要:研究了微通道反应器中基乙酸与甲醇酯化反应过程。主要考察了管材管径、停留时问、反应温度对
合成巯基乙酸甲酯酯化反应的影响,用高放液相色请法测定甲酯的收率。
关键词:藐基乙酸甲酯;结构反应器;高效液相色谱法
Application of microstructure reactor in methyl
mercaptoacetate synthetic reaction
J IA Shaoming, LI Yafang, ZHAO Jianhong, WANG Liucheng, SONG Cheng yin, WANG Jianshe
(School of Chemical and Energy Enginecring, Zhengzhou University, Zheng Zhou 150001, Henan, China)
Abstract: Microchannel reator was used for the fast synthesis of methyl thioglycolate in this
article, .Effects of the inner diameter of microchannel reactors, dosage of catalyst, residence
tirne, reaction temperature and molar ratio of methanol to mercaptoacetic acid on yields of esters
were studied in the p-toluene sulfuric acid catalyzed homogeneous esterification.
Key words: methyl thioglycolate; microchannel reactor; high performance liquid chromatography
微结构反应器是包含结构奇特的多种微混合器
本文采用徵结构反应器合成巯基乙酸甲酯,使
和其他微加工器件,内部结构一般定义在微米到毫停留时间为十几分钟,最高收率可达97%,且可
米尺寸范围。以微结构反应器为基础的微化工技术重复,完全达到了微结构反应器改善常规反应的效
是涉及物理、化学、化工、生物、材料、微电子以果,为进一步探讨微结构反应器在合成反应中的有
及微机械加工等诸多领域的多学科交叉技术。微反效影响提供基础数据。
应器与常规反应装置相比,反应器的体积较小,比
表面积极大,由此带来的根本优势是极大的换热效
实验部分
率和混合效率。因此微反应器在一些化学反应中具
实验试剂与仪器
有独特的优势1,小试工艺中不需中试可以直接
对甲苯磺酸(≥99.5%),上海凌峰化学试剂
放大,它不是通过増大微通道的特征尺寸而是通过有限公司。巯基乙酸,(含量ン9.5%),上海宏图
增加微通道数量来实现;反应温度可以精确控制;化学试剂厂:甲醇(≥9.0%),上海申博化工有
反应时间可以精确控制;物料可以精确比例瞬限公司。医学注射泵(LSPO2-1B,保定兰格恒流
时混合;结构保证安全性;良好的可操作性]。泵有限公司)。HH-WO型恒温水浴锅,巩义市予
巯基乙酸甲酯是合成农药、医药、烟用香料和华仪器有限责任公司; Aglient1200高效液相色谱
食品香料的重要中间体,可作高分子聚合物相对分仪(美国安捷伦公司);UV-2401PC紫外分光光度
子质量调节剂、PVC有机锡热稳定剂,多元巯基计(日本岛津公司);AV220电子分析天平(日本
乙酸甲酯还可作为环氧树脂低温固化剂,制造胶黏岛津公司)
剂和光学镜片等等。长期以来,合成巯基乙酸甲
的收率低、含量低,成本高,且在常规装置中反应第一作者:贾少明(1986),女,硬士,研究方向为微通道合成
时间为8个小时
坡术。 E-mail jiashaoming2006G163,cam。
增刊
贾少明等:微结构反应器在巯基乙酸甲脂合成反应中的应用
1.2巯碁乙酸甲酯的制备
从图中可以看出,随着反应温度的升高,酯收
巯基乙酸与甲醇的酯化反应在不同内径不同材率也随之增加。而在.6m的不锈钢管中的酯
料的微通道反应器中,反应过程在电热恒温水箱进收率远比在$mm不锈钢管子和0.5m的聚四
行,将一定量的对甲萃磺酸溶解于巯基乙酸中,与氟乙烯管中的酯收率高。相同条件下,在反应温度
甲醇按一定比例混合。该混合溶液抽入注射器中,为60℃时,的.6mm不锈钢管的收率高达
由平推注射泵注人微通道反应器中。反应结東后,86.18%,而的m不锈钢管和0.5mm聚四氟
反应液分别经稀碳酸氢钠溶液中和,然后水洗,干乙烯管的收率分别为23.38%和24.18%。从而表
燥、先常压下蒸出过量的醇,再减压蒸馏收集一定明较细的管径能显著提高巯基乙酸甲酯的收率。
沸点的馏分为产品。(沸点:甲醇64.7℃,巯基乙2.2反应温度对酯收率的影响
酸123℃,巯基乙酸甲酯42℃。
巯基乙酸甲酯的合成是吸热反应,升高反应温
3基乙酸甲酯分析方法
度,有利于反应向正方向进行。甲醇、巯基乙酸的
本实验采用高效液相色谱法对产品进行分析。沸点分别为64.7℃和123で.因此·当反应条件
色谱分析条件: Shimpack Cl8(150mm×4.6mm为,醇酸摩尔比为3:1,催化剂对甲苯磺酸添加
d)色谱柱;紫外检测器,检测波长210nm;流量为甲醇的1%,停留时间为30min,分别在30℃、
动相为V(乙腈):V(水)=70:30,并用HPO
40℃、50℃、60℃、70℃、80℃和90℃考察了
将流动相pH值调为3:柱温30℃,流速1.0mL/反应温度对合成琉基乙酸甲酯的影响。
min,进样量20mL。准确称取一定量的的巯基乙
从图2中可看出,当反应温度低于甲醇的沸点
酸甲酯标准样于50mL容量瓶中,以乙醇溶解并时,其收率随着反应温度的增加而快速增加,表明
定容,用0.45μm的滤膜过滤后备用。准确称取升高温度有利于吸热反应的正向推进?当反应温度
0.1~-0.5g反应液样品于50mL容量瓶中,用乙高于甲醇的沸点时,筑基乙酸甲酯的收率继续增
醇溶解并定容,用0.45m的滤膜过滤后进样分加,但是增加幅度没有之前高。反应温度低于甲醇
析,以峰面积外标标准曲线法定量?。
沸点时,增幅较大。
2结果与讨论
90
2.1徹反应器管径大小及管材的影响
80
考察了所用通道的材料及管径尺寸对巯基乙酸
甲酯收率的影响。由于温度对于此反应是显著的影
响因素,所以当反应条件为,醇酸摩尔比为3:1,
6080100
催化剂对甲萃磺酸添加量为甲醇的1%,停留时间
温度/"
为30min,分别在30℃、40℃、50℃、60℃考
图2反应温度对巯基乙酸甲酯收率的影响
察在内径为.6mm和$mm的不锈钢通道及内
2.3停留时间对酯收率的影响
径为的.5mm的聚四氯乙烯通道中进行合成巯基
在醇酸摩尔比为3:1,催化剂用