微反应器制备丙二醇丁醚及年产3000t/a生产装置概念设计毕业论文_化学工程与工艺毕业论文

微反应器制备丙二醇丁醚及年产3000t/a生产装置概念设计毕业论文

2021-04-28更新

摘 要

丙二醇丁醚与丙二醇甲醚、丙二醇乙醚等同属于丙二醇醚类化合物。丙二醇醚类化合物是一种性能优良、用途广泛的精细化学产品。丙二醇醚具有亲水的羟基和亲油醚键这两个强溶解功能的基团,所以丙二醇醚既能溶解亲水性化合物,又能溶解憎水性化合物,故有“万能溶剂”的称号。因为丙二醇醚毒性较低,所以有着更加广泛的应用。

本实验采用环氧丙烷法合成工艺路线,以环氧丙烷和正丁醇为原料,使用碱性催化剂氢氧化钠,通过微通道反应器制备丙二醇丁醚。并用单因素实验考察催化剂用量、原料配比、反应温度、停留时间等因素对开环反应的影响,确定开环反应工艺参数。

最佳工艺条件为催化剂用量1%,原料摩尔配比=3:1(正丁醇:环氧丙烷),反应温度155℃,停留时间4 min。在该条件下,环氧丙烷转化率达到89%了,伯醚选择性在83%。并再经过后续90℃保温,反应80 min,环氧丙烷转化率达到了99.4%,伯醚选择性在85%。

关键词:丙二醇醚;环氧丙烷;微通道反应器;丙二醇单丁醚

Development and design of propylene glycol butyl ether/ester technology in microchannel reactor

ABSTRACT

Propylene glycol butyl ether, propylene glycol methyl ether and propylene glycol ethyl ether are equivalent to propylene glycol ether compounds. Propylene glycol ether is a fine chemical product with excellent properties and wide applications. Propylene glycol ether has hydrophilic hydroxyl group and hydrophilic ether bond, which are two functional groups with strong solubility, so propylene glycol ether can dissolve hydrophilic compounds and hydrophobic compounds, so it has the title of “universal solvent”. Propylene glycol ethers are more widely used because of their lower toxicity.

In this experiment, propylene glycol butyl ether was synthesized from propylene oxide and n-butanol using sodium hydroxide as basic catalyst in a microchannel reactor. The effects of catalyst dosage, raw material ratio, reaction temperature and residence time on the ring-opening reaction were investigated by single factor experiment.

Optimum process conditions of catalyst 1%, raw material mole ratio = 3:1 (n-butyl alcohol: epoxy propane), reaction temperature 155 ℃, the residence time 4 min. Under this condition, the conversion rate of propylene oxide reached 89%, and the selectivity of primary ether was 83%. And reacts after 90 ℃ heat preservation follow-up, 80 min, epoxy propane conversion rate reached 99.4%, ether selectivity in 85%.

Keywords: Microchannel reactor; Epoxy propane; Propylene alcohol ether

目 录

1 前言 1

1.1 丙二醇丁醚 1

1.2 丙二醇醚合成工艺 1

1.2.1 国外丙二醇醚合成工艺 2

1.2.2 国内丙二醇醚合成工艺 2

1.3 环氧丙烷合成丙二醇丁醚的反应机理 3

1.4 合成丙二醇醚的催化剂 4

1.4.1 酸性催化剂 4

1.4.2 碱性催化剂 5

1.4.3 离子液体催化剂 6

1.5 微通道反应器制备丙二醇丁醚 6

1.6 研究的目的与内容 8

1.6.1 研究的目的 8

1.6.2 研究的内容 8

2 丙二醇丁醚的制备 9

2.1 实验原理 9

2.2 主要原料和仪器 9

2.3 实验方案 10

2.4 分析方法 10

2.5 结果与讨论 12

2.5.1 不同工艺的影响 12

2.5.2 不同催化剂的影响 13

2.5.3 停留时间的影响 13

2.5.3 反应温度的影响 14

2.5.4 催化剂用量的影响 15

2.5.5 原料配比对反应的影响 16

2.5.6 保温时间对反应的影响 17

2.5.7 微通道反应和现有工艺的对比 18

2.6 本章小结 19

3 丙二醇丁醚生产装置概念设计 20

3.1 工艺流程图 20

3.2 物料衡算任务 21

3.3 物料衡算方法 21

3.3.1 原料缓冲罐 22

3.3.2 正丁醇和催化剂混合罐 22

3.3.3保温反应釜 22

3.4 标准设备的选型 23

结 论 24

致 谢 25

参考文献 26

1 前言

1.1 丙二醇丁醚

丙二醇丁醚(Propanediol butyl ether ,Propylene glycol mono-butyl ether),又叫1,2-丙二醇-1-单丁醚、2-羟丙基·丁基醚或1-丁氧基-2-丙醇。它是一种无色透明液体,密度为0.879(g/mL,25/25℃),熔点为-100℃,沸点为170.1℃,溶于乙醚、苯、乙醇。

在家用或者工业清洁剂配方中常常会用到丙二醇丁醚,这是由于它毒性低、安全性高;当用在油墨、农药、印染、涂料、纤维素、丙烯酸酯等行业时可以作溶剂、稀释剂或分散剂;同时还能用作萃取剂、燃料抗冻剂、有色金属选矿剂和作为有机合成原料使用。

丙二醇丁醚与丙二醇甲醚、丙二醇乙醚统称丙二醇醚类化合物。丙二醇醚类化合物的性能优良、用途广泛。乙二醇醚类和丙二醇醚类两类产品统称为醇醚,醇醚享有“万能溶剂”的美名,是因为醇醚的两个基团中羟基具有亲水性,醚键具有亲油性,所以醇醚既能溶解亲水性化合物,又能溶解亲油性化合物。和乙二醇醚相比,丙二醇醚毒性较低,所以乙二醇醚在油墨、涂料、印刷、染料、电子化学品、合成制动液、喷气燃料添加剂和高效清洗剂等行业的应用正逐渐被丙二醇醚替代,而且丙二醇醚的应用日渐广泛[1-3]

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