1、I摘 要甲醇羰基化法醋酸又名尼龙酸，是己二酸生产过程产生的副产物，仅国内己二酸生产企业每年就副产混合二元酸 40-60 万吨。由于其含杂质、水分多，颜色呈绿色或黄褐色，难以利用。国外一般将其送进污水处理装置作焚烧或填埋处理；国内有采用重结晶法回收，但回收率低于60，废水量较大，不仅对环境造成污染，而且也造成资源的浪费。为了物尽其用，本文开展了应用基础研究以 C4-C6 混合二元酸为原料、对甲苯磺酸为催化剂，制备混合二元酸二甲酯，并利用减压精馏得到纯净的二甲酯。实验中考查了各种反应的影响因素，并利用制备的混合二甲酸二甲酯与异辛醇进行酯交换制备混合二元酸二异辛酯。关键词：甲醇羰基化；醋酸；酯交换；
2、混合二元酸二甲酯AbstractMixed dibasic acid (DBA), also known as nylon acid, adipic acid production process by-products, only domestic producers of adipic acid by-product mixture in each of dicarboxylic acid 40-60 million tons. Because of its impurities, water content, the color green or brown, it is difficu
3、lt to use. Foreign general to be sent to sewage treatment plant for incineration or landfilling; domestic use IIrecrystallization recovery, but recovery was less than 60%, large amount of wastewater, not only pollute the environment, but also a waste of resources. In order to make the best use, this
4、 application of basic research carried out to C4-C6 dicarboxylic acid as raw material mixture, p-toluenesulfonic acid as catalyst, prepared by mixing two yuan acid ester, and the use of vacuum distillation to get pure dimethyl ester. Experiment examined the response of various factors, and use a mix
5、ture of dimethyl ester prepared with different octanol prepared by mixing two yuan for transesterification ethylhexyl sebacate. According to the experimental data show that, by esterification of dicarboxylic acid mixture separation process route is feasible. Esterification of the appropriate reactio
6、n conditions: reaction time 5.0h, alkyd molar ratio of 6:1, 1.0% mixed acid catalyst, in this condition, binary acid ester yield of 89%. Esters derived from crude esterification can be carried out under the pressure of 40mmHg vacuum distillation, the interception of 95 105 under the distillate, as d
7、imethyl succinate, the interception of 110 120 under the fractions for Dimethyl glutarate , the interception of 145 155 under the distillate, is dimethyl adipate. The use of binary distillation from acid ester by transesterification of the binary system were acid-ethylhexyl the color is very light,
8、indicating that by esterification can be effectively separated mixed dicarboxylic acid.Key words: mixed dibasic acid; toluenesulfonate; transesterification; mixed two yuan DimethylIII目 录摘要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 课题的目的、意义 .11.1.1 甲醇羰基化法醋酸的由来 .11.1.2 甲醇羰基化法醋酸的利用 .21.1.3 甲醇羰基化法醋酸的分离 .31.1.4 甲醇羰基化法
9、醋酸的用途 .61.2 甲醇羰基化法醋酸制备的研究 .71.2.1 固体酸 H 催化法 .71.2.2 硫酸氢钠催化法 .81.2.3 固载磷钨酸催化法 .81.2.4 树脂催化法 .91.2.5 一水硫酸氢钠催化法 .101.2.6 复合固体酸催化法 .101.2.7 杂多酸催化法 .101.3 本课题的研究内容 .11第 2 章 实验部分 .122.1 实验原理 .122.1.1 酯化反应原理 .122.1.2 减压蒸馏原理 .122.1.3 酯交换反应原理 .122.2 实验仪器设备及试剂 .132.2.1 实验仪器设备 .132.2.2 实验试剂 .132.3 实验装置图 .142.4
10、 实验步骤 .152.4.1 甲醇羰基化法醋酸的合成 .15IV2.4.2 甲醇羰基化法醋酸的分离 .152.4.3 甲醇羰基化法醋酸的应用实验 .162.5 工艺流程框图 .162.6 分析方法 .162.6.1 酸值的测定 .162.6.2 酯化率的确定 .17第 3 章 实验记录及数据处理 .183.1 酯化的影响因素选择及其水平的确定 .183.2 酯化正交实验结果 .183.3 数据处理 .20第 4 章 实验结果讨论 .214.1 酯化过程中反应时间的影响 .214.2 酯化过程中醇酸摩尔比的影响 .214.3 酯化过程中催化剂用量的影响 .224.4 甲醇羰基化法醋酸的分离与提纯
11、 .234.5 甲醇羰基化法醋酸的应用实验 .24结论 .26参考文献 .27鸣谢 .28辽宁石油化工大学本科生毕业论文5第 1 章 引 言1.1 课题的目的意义甲醇羰基化法醋酸又名尼龙酸，是己二酸生产过程产生的副产物，仅国内己二酸生产企业每年就副产混合二元酸 40-60 万吨。由于其含杂质、水分多，颜色呈绿色或黄褐色，难以利用。国外一般将其送进污水处理装置作焚烧或填埋处理；国内有采用重结晶法回收，但回收率低于 60，废水量较大，不仅对环境造成污染，而且也造成资源的浪费。本课题通过酯化法分离混合二元酸不仅反应条件温和而且二元酸二甲酯的收率可达 89%。利用精馏所得的二元酸二甲酯，通过酯交换法制
12、得的二元酸二异辛酯的颜色很浅，说明通过酯化法可以有效地分离混合二元酸。因此，本课题不仅大大提高了回收率而且具有良好的环境效益。1.1.1 甲醇羰基化法醋酸的由来（1）甲醇羰基化法醋酸醇的生产路线国内外己二酸生产工艺大多以苯为起始原料，一般先由苯催化加氢制成环己烷，然后用空气氧化制取 KA 油(环己醇和环己酮的混合物)，或部分加氢生成环己烯，再水合生成环己醇，利用硝酸氧化得己二酸，即二步氧化法；工业上由 KA油生产己二酸大多采用硝酸氧化法。另外开发的工艺路线有空气氧化等多种工艺。KA 油或环己醇硝酸氧化法在铜、钒催化剂的作用下，用硝酸氧化 KA 油或环己醇生产己二酸。己二酸收率一般在 94%左右
13、，主要副产物是戊二酸和丁二酸(DBA)。这种工艺在 2-酸生产中占主导地位，目前国际上主要生产厂家如美国的杜邦公司和孟山都公司、法国的罗那公司、国内辽阳石化都是用 KA 油进行硝酸氧化；日本旭化成和我国的神马集团用环己醇进行硝酸氧化。我国神马集团、日本旭化成采用 65%硝酸多釜反应器串联操作，温度控制在 70-90，己二酸结晶采用卧式真空绝热蒸发结晶器，氧化产生的氮氧化合物采用三塔串联吸收，母液酸由浓缩塔浓缩重复利用；阳离子树脂吸附铜、钒催化剂。这套装置的缺点是己二酸结晶器需定期清洗，结晶情况比较严重。另外，由于采用硝酸作氧化剂，易引起氮氧化合物大气污染等问题。法国罗那公司在韩国建成的己二酸装
14、置对结晶器进行了改进，采用新型常压结晶辽宁石油化工大学本科生毕业论文6器，从根本上解决了己二酸装置需定期停车清洗结晶器的难题。意大利 RADICI公司生产己二酸，采用独特的铜、钒催化剂回收工艺，从而不需要设置阳离子树脂吸附塔回收催化剂。美国杜邦公司和孟山都公司的氧化反应器则采用二级高、低温反应器，低温反应器为列管式反应器(反应温度 80)，高温反应器为空塔式反应器(反应温度 110) ，结晶器采用立式连续真空蒸发结晶器，11.5 个月需停车一次。环己烷法是目前世界上己二酸生产中主要采用的方法，产量占总产量的 90%以上，原料为苯。环已烷法共分两步进行，第一步为苯加氢作环已烷，世界上共有两工艺，
15、一种为气相加氢，一种为液相加氢。美国普遍采用前一种工艺，西欧和日本则多采用液相加氢工艺，目前辽化的环己烷技术采用欧洲技术加上公司本身的技术改进，为液相加氢工艺，较原引进时工艺技术指标先进，操作稳定。第二步环已烷氧化制备醇酮的生产路线，根据过程中是否加入催化剂分为：催化氧化和无催化氧化。催化氧化又可根据催化剂品种的不同而分为钴盐氧化法和硼酸氧化法。（2）废酸水的由来及利用现状辽阳石油化纤公司化工引进的法国无催化氧化生产工艺，是以环己烷为原料，先空气氧化得到环己醇和环己酮混合液，然后再用硝酸氧化制得己二酸。在生产环己醇和环己酮的过程中，总有相当部分的环己烷要转变为副产物，副产物的组成十分复杂，包括
16、 16 个碳原子的一元酸、二元酸、含氧酸、酯类、缩聚物及少量低级醇、酮、醛等。副产物分两大部分从装置排出，大部分通过水洗除掉形成BI 废酸水，排到污水处理装置处理。其余部分随产物进到精馏系统，最后以焦油(X 油 )形式排出。目前工业上环己烷氧化废碱液的处理方法主要有焚烧法和化学法两种。焚烧法是将有机废碱液加入蒸发锅内，加热浓缩去除 20%60%的水分。浓缩物放入焚烧炉内加热至 250300，直至浓缩物自燃，停止加热。利用浓缩物燃烧时的热量浓缩新的废碱液。当浓缩物燃烧完毕，在温度 700800下继续加热 0.53个小时。焚烧物即成碳酸钠成品。这种方法比较简单，但是它不仅产生二次污染，而且资源浪费
17、严重，显然不值得提倡。1.1.2 甲醇羰基化法醋酸的利用目前，许多生产厂家都没有专门回收 DBA 的车间或分厂，DBA 产量较为可辽宁石油化工大学本科生毕业论文7观，售价也较便宜。国外一般将其送进污水处理装置作焚烧或填埋处理，国内有采用重结晶法回收，但回收率低于 60，废水量较大，不仅对环境造成污染，而且也造成1.1.3 甲醇羰基化法醋酸的分离长期以来，国内外科研及工程技术人员对 C4C6 混合二元酸的分离与纯化工艺的研究较多，取得了丰硕的成果。并对其进行分析与研究。现将收集到的国内外 C4C6 混合二元酸的分离与纯化技术列述如下。(1)酯化蒸馏法蒸发蒸发工艺是浓缩、冷却、结片而制取 C4C6
18、 混合二元酸。酯化酯化所用的醇是 C1C4 醇中的一种醇，酯化催化剂是一种无机酸类，包括固体超强酸。酯化反应温度为 60-140，应压力为常压。酯化反应经过一个分馏塔不断除去反应所生成的水，与水一起出来的经分离后的回收醇返回到酯化釜中，反应趋向完全。用适量的水溶解混合二元酸固体，使水溶液结晶以获得高纯度的己二酸晶体(纯度为 98%)和母液 1，使母液 1 结晶以获得粗己二酸(纯度为 85%)和母液 2，将母液 2 蒸发浓缩以获得固体 1，用单环芳烃(苯)浸取此固体 1 以溶解其中的戊二酸,将浸取液中的溶剂蒸发得到戊二酸。不溶于单环芳烃(苯)的固体 2 在低分子量脂肪族酮类溶剂(如丙酮) 中重新
19、溶解，使酮类溶液结晶以获得高纯度的丁二酸(纯度为98%)6。混合二元酸中己二酸含量约为 12%-24%，戊二酸含量约为 50%-74%，丁二酸含量约为 13%-25%。从此混合二元酸中分出单体二元羧酸的方法为：将混合二元酸溶解于热水中，冷却，收集结晶。结晶中丁二酸含量超过 50%，己二酸含量约为 20%-45%，滤液含有大部分的戊二酸。用二异丙醚溶解结晶中含有的少量戊二酸后得到固体，然后用 55%-65%的硝酸溶液溶解此固体，冷却并收集结晶出的丁二酸。蒸发脱除硝酸，浓缩水溶液，冷却并收集结晶出的己二酸 7。先用苯、硝基苯或氯仿浸取混合二元酸分离出戊二酸，然后用由水、环己醇和环己酮组成的萃取剂(
20、水的质量与环己醇和环己酮的质量比为 0.1-20)，从含有丁二酸和己二酸的水溶液中萃取出己二酸，萃取温度为 20-120。从有机相中回收辽宁石油化工大学本科生毕业论文8己二酸，剩余的有机相用作空气或硝酸氧化生产己二酸的原料，再冷却溶液以结晶出高纯度(99.8%)的己二酸。向混合二元酸溶液中加入足够不溶的溶剂以形成水-溶剂比在 0.05-5 的混合物1。溶剂是 C6C15 的饱和脂肪醇和由其与乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、己二酸、戊二酸、丁二酸生成的酯。将混合物 1 分离成水相 1 和溶剂相 1。将足够的水加入溶剂相 1 以形成水-溶剂比在 0.110 的混合物 2。将混合物 2 分离成水相 2
21、 和溶剂相 2，从水相 2 中回收己二酸。从丁二酸和戊二酸的水溶液中分离出丁二酸的方法为：向水溶液中加入足够不溶的溶剂以形成水-溶剂比在 0.05-5 的混合物 3，溶剂同前。将混合物 3 分离成水相 3 和溶剂相 3；从水相 3 中回收丁二酸。向溶剂相 3 中加入足够的水以形成水-溶剂比在 0.110 的混合物 4，将混合物 4 分离成水相 4 和溶剂相 4，从水相 4 中回收戊二酸 8。(6)结晶法通过蒸发脱除混合二元酸溶液中的硝酸，从剩余的母液中结晶出己二酸和丁二酸，使戊二酸留在溶液中。结晶过程分为两个阶段：一个阶段温度为 4555，另一阶段温度为 2030。结晶出的丁二酸脱水生成丁二酸
22、酐，通过蒸馏把丁二酸酐和己二酸分开。从剩余的母液中结晶出戊二酸，结晶分为两个阶段，一个阶段温度为 1020，另一个阶段温度为 2030 9。(7)脱水法通过脱水可使二元酸在有机溶剂中饱和并析出晶体，可通过蒸发、过滤或膜渗透等方法进行脱水，也可通过吸收和吸附如利用 3A 分子筛或多孔硅胶进行脱水。对脱水后的含酸溶剂进行冷却，利用离心过滤机过滤或沉降池使有机溶剂与固体酸分离，并通过干燥等手段进行酸类的分离与纯化。可用适宜溶剂分离丁二酸和己二酸 10。(8)尿素加合结晶法当混合二元酸中己二酸的含量为 07%时，加入的尿素与混合二元酸的物质的量比应为 1.2-1.5，溶液中戊二酸与丁二酸的质量比1.2
23、。当混合二元酸中己二酸的含量为 7%30% 时，加入的尿素与混合二元酸的物质的量比应为 1.51.8，戊二酸尿素加合物从溶液中沉淀出来；溶液中戊二酸与丁二酸的质量比1.4。混合二元酸与尿素的反应可在水、醇、酮或酯中进行。为了分离母液中的丁二酸和己二酸，向已经分离出戊二酸尿素加合物的滤液辽宁石油化工大学本科生毕业论文9中再加入最初二元酸量 0.22.0 倍的尿素，经加合、冷却结晶，析出丁二酸尿素加合物。过滤将其分离出来，后对母液进行浓缩以沉淀出己二酸和己二酸尿素加合物，用脂环族醚处理己二酸尿素加合物以得到粗己二酸，粗己二酸通过重结晶得到高纯度的己二酸。二元酸尿素加合物分离方便，易用过滤的方式从溶
24、液中分离出来。可用离子交换树脂或脂环族醚分解二元酸尿素加合物为单体二元酸和尿素，常用强酸性离子交换树脂。用热水或热的有机溶剂使强酸性离子交换树脂上吸附的尿素脱附 11。1.1.4 甲醇羰基化法醋酸的用途混合二元酸二甲酯是由三种二价酸酯组成的混合物(DBE)，俗称尼龙酸二甲酯，包括琥珀酸二甲酯、戊二酸二甲酯和己二酸二甲酯。混合二元酸二甲酯为无色透明液体，毒性低，溶解能力强，能生物降解，沸点高，可作为高效环保溶剂，广泛应用于烟草、医药、橡胶、塑料、高档汽车烤漆、彩色钢板涂料、木器涂料、家电涂料等。混合二元酸二甲酯也可以作为医药、染料和香料行业中重要的有机中间体，应用于分析仪器的固定液高档涂料、稀释
25、剂、化学反应的溶剂等 12。现举出几个典型的例子。（1）木器涂料 DBE 沸点高，馏程长，可以帮助调节挥发速度，改善溜平，防止白雾、针孔等表面缺陷出现。DBE 和常规溶剂如乙醇，丙酮，丁酯，乙二醇醚类具有良好的相溶性。在环保安全性能方面，DBE 将是传统溶剂如卤代烷（三氯乙烷、氯甲烷等） ，酮（环己酮、异佛尔酮等） ，甲苯等溶剂的良好替代品。（2）烤漆工业 DBE 有特殊的挥发性，随着温度的升高，DBE 的挥发速度比其它溶剂提高的更快，即在挥发过程的前半段 DBE 挥发慢，后部分挥发快，这样允许更有利烘干过程，溶剂挥发更平均，有利于改善溜平、光泽，消除表面缺陷。 （3）油墨工业 有些油墨如 S
26、CREEN INK 中常常需要有高沸点溶剂，如 ISOPHORONE，但其毒性大，臭味浓，而 DBE 却可以弥补着方面的缺陷，加以取代。 （4）树脂工业 DBE 具有低黏度，其一可降低树脂的黏度而无需降低分子量或者固含量，其辽宁石油化工大学本科生毕业论文10二在保持同一黏度时，可提高固含量。利用 DBE 这一特点，可生产出高固体份，低黏度的树脂。 （5）工业清洗剂 DBE 可有效的清除设备和工作区残留部分固化漆。DBE 无论单独使用还是同其它溶剂混合，都是溶解聚氨酯、丙烯酸、环氧、聚酯和醇酸脂的良好溶剂，它还可以除去聚氨酯、不饱和树脂和弹性体。（6）储存储存 DBE 并不需要特别注意事项，没有
27、腐蚀性，没有光化学反应性，应归类为非有害物质，而且燃火性低，可分类属非易燃品。1.2 甲醇羰基化法醋酸制备的研究二元酸二甲酯的合成目前主要是使二元酸在浓硫酸催化作用下与甲醇酯化而得到，这种采用浓硫酸催化酯化的工艺存在许多问题，例如设备腐蚀，副产剧毒的硫酸二甲酯以及后处理较繁锁，环境污染严重等。目前，也有以水合硫酸氢钠、杂多酸、磷钨酸等为催化剂，通过酯化反应制备该化合物的报道。1.2.1 固体酸 H 催化法该方法以固体酸 H 代替浓硫酸用于二元酸二甲酯的合成，旨在寻找一种可以代替硫酸的新型实用催化剂。通过对催化剂的比较，对反应时间、酸醇比、催化剂浓度以及催化剂使用寿命对反应影响的考察确定了固体酸
28、 H 催化合成混合二元酸二甲酯的最适宜条件。甲醇羰基化法醋酸又名尼龙酸，是己二酸生产过程产生的副产物，仅国内己二酸生产企业每年就副产混合二元酸 40-60 万吨。由于其含杂质、水分多，颜色呈绿色或黄褐色，难以利用。国外一般将其送进污水处理装置作焚烧或填埋处理；国内有采用重结晶法回收，但回收率低于 60，废水量较大，不仅对环境造成污染，而且也造成资源的浪费。为了物尽其用，本文开展了应用基础研究以 C4-C6混合二元酸为原料、对甲苯磺酸为催化剂，制备混合二元酸二甲酯，并利用减压精馏得到纯净的二甲酯。实验中考查了各种反应的影响因素，并利用制备的混合二甲酸二甲酯与异辛醇进行酯交换制备混合二元酸二异辛酯对于酯化反应，适当地延长反应时间，有利于反应正向进行。但由于酯化反应是一个平衡反应，一旦反应达到平衡，即使再延长反应时间，也无法提高其转
