催化反应精馏合成甲缩醛的工艺研究.pdf

炼油与化工
2010年第3期
REFINING AND CHEMICAL INDUSTRY
催化反应精馏合成甲缩醛的工艺研究
王艳飞,董炳利,周金波,张松显,马艳捷,樊英杰
(兰州化工研究中心,甘肃兰州730060)
摘要:在催化反应精馏制甲缩醛的过程中,影响工艺过程的因素很多。实验以甲醇和甲醛为
原料,以树脂催化剂催化精馏制甲缩醛,在其它条件不变的情况下,考察了反应中精馏塔内部
温度、浓度梯度变化、醛醇比和投料量对甲缩醛产物的影响。
关键词:催化精馏;甲缩醛;甲醇;甲醛
中图分类号:TQ420
文献标识码:A
文章编号:1671-4962(2010)03-0007-02
甲缩醛经氧化可获得高纯度的甲醛,而传统进行分析。
的甲醇氧化法得到的甲醛浓度较低,约50%左
右。高纯度的甲醛可用于生产缩醛树脂。反应精
精馏段
冷凝器
馏法是集反应与分离为一体的一种特殊精馏技
术,该工艺技术将反应过程与分离设备的工程特
醛进料
反应段
性有机结合在一起,既能利用精馏的分离作用提
高反应的平衡转化率,抑制副反应的发生,又能利
用放热反应的热效应降低精馏的能耗,强化传
甲醇进料口
提馏段
质。因此是典型的工程与工艺结合的工艺。
在甲缩醛合成研究中,选择甲醛和甲醇为原
塔鎰
料,树脂催化剂,应用反应精馏工艺进行研究,考
察了反应中反应精馏塔内部温度、浓度梯度变化、
图1反应精馏塔
醛醇比和投料量对甲缩醛产物的影响。
2实验结果与讨论
1实验部分
2.1反应精馏塔内温度变化
1.1实验原料及催化剂性质见表
反应精馏是集反应和精馏分离于一体的单元
表1原料及催化剂性质
操作过程。它是伴有化学反应的精馏方法,有的用
名称
规格
厂家
精馏促进反应,有的用反应促进精馏。由于反应精
甲醛
(沪试)国药集团化学试剂有限公司
馏塔内反应和精馏同时进行,因此塔内温度和浓
无水甲醇AR(沪试)国药集团化学试剂有限公司
度与普通的精馏塔有很大差别。塔内温度分布出
树脂催化剂工业级
自制
现异常,普通精馏,温度分布是由相平衡决定的,
塔釜温度最高,由下而上温度逐渐升高。但反应
1.2实验装置
精馏塔不同,由于反应的存在,反应段温度出现异
实验采用反应精馏塔合成甲缩醛,反应精馏常,破坏了温度梯度,反应精馏塔内温度分布见图
塔塔釜溶剂20L,精馏塔结构示意见图1。
该塔由精馏段、反应段和提馏段构成。在反
应段中充填树脂催化剂,塔顶设有冷凝器,并在反
70
应精馏塔上设置温度探点共5个,取样点5个,依
次设在塔釜、提馏段、反应段下部、反应段上部和
精馏段。为了防止形成甲缩醛-甲醇一水三元系
50
甲缩醛-甲醛一水三元系和甲醇-甲缩醛一甲醛一水
四元系间,选择甲醛溶剂从反应段上部进料,甲醇
温度探点
由提馏段进料。样品分析采用 Agilent公司6890N
图2反应精馏塔内温度分布
炼油与化工
REFINING AND CHEMICAL INDUSTRY
第21卷
与温度分布相对应的是浓度梯度,分别在5个2.2醇醛比对反应的影响
测样口的液相和气相取样进行分析,得出甲醇在
反应开始前,塔釜首先冲人不同容积的甲醇,
反应精馏塔内的浓度分布,在反应段和精馏段甲然后甲醇以1Lh、甲醛以3Lh的速率进行进料。
醇的浓度急速减少,见图3。
考察了反应开始后2h的反应体系中醇醛比对反
应的影响,见表2
50
由表2可以看出,随着醇醛比的增大,塔顶的
40
甲缩醛的含量随着增加,因此甲醇过量可以促进
甲缩醛的生成,因此,要想获得浓度较高的甲缩
醛,需要甲醇适当过暈。
2.3投料速率对反应的影响
为考察催化精馏塔的实际生产能力,将反应
浓度探测点
精馏塔的投料速率从1Ih增大到6Lh,其反应结
图3反应精馏塔内浓度分布
果见表3。
表2醇醛比对反应结果的影响
进料量川
塔釜产品/%
塔顶产品/%
甲醇
甲醛
甲醛
水
甲醇
甲醇
水
甲缩醛
0.42
0.46
98.35
8.23
0.54
0.50
0.61
0.58
1.63
97.79
13.52
0.65
9
18.40
80.88
0.72
0.85
2.61
96.54
表3投料速率对反应结果的影响
投料速率(Lh")
塔釜产品/%
塔顶产品/%
甲醇
甲醛
甲醛水
甲醇
甲醇
水
甲缩醛
94.7
0.34
0.35
0.81
0.37
0.89
0.75
2.25
4.57
95.11
0.3
0.42
1.04
3.00
0.42
0.46
1.25
93.85
0.47
0.48
93.78
0.51
0.51
1.32
98.17
由表3可以看出,随着投料量的增大,塔顶产参考文献
物中的甲缩醛的浓度略有降低。
1]晋正茂,王维德反应精帽及其研究进展[.J].化学工业与工程
技术,2006,27(3):10-1
3结论
2]张霞,刘世燕催化反应精馏制甲缩醛[J].内蒙古石油化工,
在催化反应精馏制甲缩醛的工艺中,影响因
2008(6):29-30
素很多。实验以甲醇和甲醛为原料,以树脂催化
3]绍利,杨彩娟,许春建,等浆料催化精馏制备甲缩醛[J].化学
工业与工程,2006,23(6):471-474.
剂催化精馏制甲缩醛,反应精馏塔内的甲醇浓度[4]邱祖民,路赞椿,胡英、甲缩醛-甲醇-水三元系的气液平衡研
和温度分布于普通精馏塔内的分布不同,存在
究[JJ.南昌大学学报(理科版)、1996,20(2):161-164.
定差异,这是由于反应存在的缘故,发生反应,放
5]邱祖民,骆赞椿,胡英.甲缩醛一甲醛-水三元系的汽液平衡研
究[J南昌大学学报(工科版),1996,18(4):42-44
出热量,从而使塔内的浓度和温度梯度在反应段[6]邱祖民,柳雪芳,倪柳芳,等,甲醇-甲缩醛-甲醛-水四元系的
出现异常。随着醇醛比的增大,塔顶的甲缩醛的
汽液平衡研究[J]南昌水利学报,1998,17(3):10-13.
含量随着增加,随着投料量的增大,塔顶产物中的
收稿日期:2010-04-21
作者简介:王艳飞,女,助理工程师,工程硕士,2007年毕业于中国
甲缩醛的浓度略有降低。
石油大学化学工艺专业,现从事炼油工艺科研开发工作。