新戊二醇合成工艺条件优化

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1、2014届毕业生毕业论文题 目：新戊二醇合成工艺条件优化院系名称：化学化工学院专业班级:学生姓名：学 号：指导教师：教师职称：副教授2014 年 5 月 20 日摘要新戊二醇（NPG）是典型的新戊基结构二元醇，具有良好的化学反应性能， 可快速参与酯化、缩合和氧化等多种化学反应。新戊二醇主要用于生产不饱和树 脂、聚酯粉末涂料、增塑剂、表面活性剂及合成航空润滑油等，同时，新戊二醇 又是优良的溶剂，可用于芳烃和环烷烃的选择分离，高级润滑油的添加剂及其他 精细化学品。本课题受鹤壁市淇县彤邦化工有限公司委托以提高产品得率为主要目标，对 歧化法合成新戊二醇的反应条件进行全面优化。本文通过对歧化法生产新戊二

2、醇进行一系列正交实验 , 得到了较好的新戊 二醇合成工艺条件为：第一步反应不用额外添加催化剂直接用液碱，原料配比为 n（异丁醛）：n （甲醛）：n （液碱）=1:2.2:1.1；最佳反应温度为40C，反应总 时间为 10 小时，新戊二醇的收率在 94%之上。关键词: 新戊二醇 歧化反应 工艺优化Title： Neopentyl glycol synthesis process optimizationAbstract:Neopentyl glycol (NPG) is a typical structure of neopentyl diol, having good chemical rea

3、ctivity, chemical reactions involved in many fast esterification, condensation and oxidation. Neopentyl glycol is widely used in production of polyester resin, polyurethane, and synthetic lubricants, powder coatings, while neopentyl glycol is an excellent solvent, is used to select the separation of

4、 aromatic and naphthenic hydrocarbons, higher the lubricating oil additives and other fine chemicals.This topic by Hebi City State Chemical Co., Ltd. Tong Qi County commission to improve product yield was the main objective of the synthesis of new diol disproportionation reaction conditions were ful

5、ly optimizedMan disproportionation produced by a series of new diol orthogonal experiment to get a better neopentyl glycol synthesis conditions: the first reaction is not directly used to add additional caustic catalyst , molar ratio of n ( isobutyraldehyde ): n (formaldehyde ): n ( caustic ) = 1:2.

6、2:1.1 ; optimal reaction temperature is 40 C, the total reaction time of 8 hours , neopentyl glycol, 94% yield over .Key words：Neopentyl glycol； Disproportionation ；Process Optimization目录1 绪论-1 -1.1 生产方法 -1 -1.2 新戊二醇物性及质量指标 -3 -1.3 新戊二醇的生产及需求 -4 -1.3.1 国外新戊二醇的生产及需求-5 -1.3.2 国内新戊二醇的生产及需求-6 -1.4 国内外研究

7、进展 -7 -1.4.1 国内研究进展-7 -1.4.2 国外研究进展-7 -1.5 本文研究目标 -8 -2 实验原理与方法-9 -2.1 羟醛缩合反应的原理 -9 -2.2 坎尼扎罗反应的原理 - 10 -2.3 试验结果分析方法 - 10 -3 实验部分- 11 -3.1 实验试剂与仪器设备 - 11 -3.2 主要物质的物性 - 11 -3.3 新戊二醇的合成 - 12 -4 实验结果与讨论- 13 -4.1反应条件的选取 - 13 -4.2 实验结果 - 14 -4.3 反应温度对 NPG 收率的影响- 15 -4.4 异丁醛和甲醛的配比对 NPG 收率的影响 - 16 -4.5 异

8、丁醛和液碱的配比对 NPG 收率的影响- 17 -4.6 反应时间对 NPG 收率的影响 - 17 -4.7 最佳工艺条件的选取 - 18 -4.8 最佳工艺条件放大试验 - 19 -5 反应釜的工艺计算- 21 -5.1物料衡算 - 21 -5.2 能量衡算 - 23 -5.3 外循环冷凝器 - 25 -实验结论- 27 -致 谢- 28 -参考文献- 29 -1 绪论新戊二醇(简称NPG)产品在1966在日本已实现工业化生产,上世纪80年代 作为大宗工业产品得到广泛的应用,国内由当时的上海南大化工厂采用甲醛与异 丁酲缩合法生产1。产品曾一度在国内市场销售,但其质量低于国外同类产品标 准。在

9、上世纪八十年代初期生产的产品,产品质量差,收率低,但经过不断的技术 创新和工艺改进, 在小批量生产的基础上，现在已建成了多套年产千吨甚至万吨 的生产装置。目前，我国现有新戊二醇的生产工艺除吉化BASF外均采用一步法。尽管当前国内新戊二醇的产能在逐年增加但还是远远不能满足实际生产的 需要, 每年都要从国外进口数量可观的新戊二醇，并且进口量也在不断增长中。 近些年我国的涂料工业保持着较高的发展速度,作为原材料的新戊二醇产量远远 不能满足需求。由于国内产品的产不足需和石油价格的一路飙升，新戊二醇仍为稀缺品。2009年我国新戊二醇年需求量 8.65万吨；2010年新戊二醇年需求量大约10.1万 吨；全

10、球各大新戊二醇生产厂商为增强自身的竞争力, 巩固其市场地位, 都在积 极扩建产能，市场依然紧俏，2011年我国新戊二醇年需求量11.0万t左右。随着 新戊二醇应用领域的不断开发，市场需求仍以6%10%的年增长速度急剧上升。特别是近几年来，随着人们环保意识的增强, 粉末涂料、高组分涂料等环保涂料 迅速发展, 新应用领域得到不断开发, 有向家电行业和建筑材料等领域发展的 趋势。因此新戊二醇未来具有广阔的应用领域和良好的市场竞争力。1.1 生产方法新戊二醇生产路线工业化的主要有两条:卤代丙醇路线和异丁醛路线2。卤 代丙醇法以 2,2- 二甲基- 3- 氯代丙醇为起始原料 , 先环醚化 , 再碱解生成

11、 NPG。目前国内外工业生产NPG均采用异丁醛路线，新戊二醇的制备，根据HPA 被还原条件选择的不同,工艺上分为歧化法和缩合加氢法。简述如下:(l) 歧化法工艺过程分两步进行，第一步甲醛和异丁醛发生缩合反应生成羟戊醛, 第二 步羟戊醛再与过量甲醛,在液碱条件下被还原成新戊二醇,甲醛则被氧化为甲酸。 然后生成的甲酸与碱作用生成甲酸钠,最后反应液用甲酸中和.反应式如下:（CH ） CHCHO + HCHO 催化剂 HOCH C（CH ） CHO3 2 2 3 2HOCH C（CH ） CHO + HCHO + N OH HOCH C（CH ） CH OH2 32 a 2 3 2 2+ HCOONa

12、歧化法生产新戊二醇以甲醛为还原剂，工艺比较成熟，生产条件比较容易掌 握，对操作人员要求不是很高。但该法消耗大量的甲醛和液碱, 生成的副产物甲 酸钠用途不大且价值较低，而且反应产物中微量的甲酸钠给制取高纯度的新戊二 醇造成了困难，对产品质量影响较大。因此选择更优越的后处理方法是提高产品 质量、提高生产效益的一个非常重要的方向。（2）缩合加氢法以异丁醛、甲醛为原料，第一步是二者在三乙胺催化下进行缩合反应生成 HPA,然后经减压蒸馏除去未反应的异丁醛、甲醛和催化剂,然后把浓缩物转移到 加氢斧， 加入加氢催化剂 ， 在中压或高压下反应，反应结束后先脱除催化剂接着 对加氢产物减压除水后经真空精馏, 然后

13、冷却、结晶得到新戊二醇产品。（CH ） CHCHO + hcho 催化剂 HOCH C （CH ） CHO3 2 2 3 2HOCH C（CH ） CHO + H 2催化齐bHOCH C（CH ） CH OH23 2223 22该方法产品收率较高且无副产物甲酸钠产生, 甲醛消耗亦大大降低，但缺点 是加氢反应需压力设备，需要氢源和催化剂，一次性投资大，适合大规模生产, 技术难度高，且其技术多为国外公司所控制2。工艺路线, 加氢法不仅产品质量高、转化率高、污染相对比较小，而且减少 了液碱、甲醛等原材料的用量,适用于大规模连续生产。由于催化加氢法技术比 较先进，国内除了中德BASF吉化新戊二醇有限公

14、司是加氢法，其它全部是歧化 法，所以形成工业化还需一定时间3。因此,适应国内当前新戊二醇工业生产的现状，在当前我国现有生产工艺技 术的基础上，通过对反应条件及工艺线路进行研究，重点进行一步法生产工艺条 件的优化，以提高原料利用率和新戊二醇收率。1.2 新戊二醇物性及质量指标新戊二醇化学名称：2，2-二甲基-1，3-丙二醇；别名：季戊二醇；英文名：Neopentyl glycol； 2,2-Dimethyl-l,3-propanediol；简称： NPGCAS 号： 126-30-7分子式： C5H12O2CH,结构式：|HOCH CCH20HCH.表 1.1 新戊二醇物理性质表产品名新戊二醇性

15、状室温下白色晶状薄片，无臭，具有吸湿性分子式CH O5 12 2分子量l04.2熔点124130C沸点212C(101.3kPa)比重(20C): 10.6自燃温度399 C相对密度(20C) 1.06g/cm3着火点（开杯），135 C燃烧热(kj/mol) -3100闪点（开杯），129 C熔融热(kJ/mol) 21.77蒸发热(101.3kPa, 204C)/kJ/mol，56.5吸水性（相对湿度为51%）, 0.3%吸水性（相对湿度为78%）, 11.3%溶解性易溶于水、低级醇、低级酮、醚和芳烃化合物等用途主要用于树脂、增塑剂和表面活性剂新戊二醇是一种有特定新戊基结构二元醇, 具有以下一些基本化学性质，例 如：与活泼金属反应；与卤化氢反应生成卤代烃；与无机酸发生酯化反应；羟基 易被氧化，并在一定条件下发生脱氢反应。新戊二醇具有低毒。大鼠经口 LD506400mg/kg,小鼠经口 LD50为3200 6400mg/kg。对皮肤刺激性较弱，但如果大量饮用会刺激中枢神经系统，则可能 会引起