溶剂对于环氧乙烷催化水合乙二醇的影响研究

溶剂对于环氧乙烷催化水合乙二醇的影
响研究
摘要：本文对溶剂状态下的催化水合乙醇开展研究，重点研究乙二醇催化水
合时，溶剂的变化对合成工艺的产率与能耗的影响，期望能够为相关人员提供些
许参考。

关键词：溶剂；环氧乙烷；水合；乙二醇
引言：乙二醇是化工合成中的重要原料，能够用于合成载冷剂、纤维以及增
塑剂等。

其中利用环氧乙烷催化水合制备乙二醇具有工艺简便以及产率高等特点，但是这种工艺的能耗较大，极大地提高了乙二醇的生产成本，所以需要对其进行
改进。

而对于溶剂对于环氧乙烷催化水合乙二醇的影响进行分析研究，则能为降
低乙二醇的生产成本提供便利。

1.实验部分
1.1实验原料与设备
实验的原料分别为环氧乙烷、乙二醇、丙三醇、纯化水以及NY催化剂。

其
中环氧乙烷的纯度为99%，乙二醇则为分析纯，二者全都由Aladdin有限公司研制；而丙三醇为分析纯，则由荣润化工研制；此外，实验使用的纯化水和NY催
化剂全部为实验室自制；并且实验中所有原料全部为工业品。

1.2实验步骤
本次实验需要使用溶解度装置，该装置分别由四口烧瓶、温度程序控制仪、
电动搅拌器以及电热器等部分共同构成，并利用热电偶对温度进行控制。

在进行
实验时，实验人员应该将仪器清洗干净，并将其烘干，确保仪器中不带有任何水分，然后把50g的丙三醇溶剂倒入进四口烧瓶当中，并对其进行加热，使温度能
够符合实验要求。

与此同时实验人员还要将搅拌器打开，利用搅拌器对溶剂进行搅拌，从而检测出该溶剂的溶解度。

另外，为了更好地掌握溶剂对于乙二醇的影响，实验人员选择吸收反应装置开展正交试验，以此来确保实验结果的准确性与可靠性。

2.实验结果与讨论
2.1溶解度比较
为了找到一种能够代替乙二醇的溶剂，需要先找到对NY催化剂拥有良好溶解度的溶剂，如此才能让催化剂在进行循环时，减少丙三醇的含量，从而实现减少能耗这一目的，实现生产成本的降低，提高企业的经济效益[1]。

根据在不同温度下，乙二醇以及丙三醇的静态溶解度的对比，能够更好地找出替代乙二醇的溶剂。

如图1所示。

图 1 丙三醇与乙二醇的静态溶解度
由图1不难发现，当温度在40~60°C这一范围时，100g的丙三醇所能溶解的催化剂在16~ 18g，相较于乙二醇而言，溶解数量少了10g左右。

值得注意的是，和乙二醇不同，丙三醇的溶解度并不是一成不变的，随着温度的不断升高，其所能溶剂的催化剂也在不断增多。

而乙二醇则恰恰相反，其溶解度并不会受到温度的影响，始终保持在稳定状态。

因此当温度达到100℃时，丙三醇溶解度便远远高于乙二醇，所能溶解的数值更是达到32g左右，而且随着温度继续升高，
丙三醇的溶解度还会不断上升。

再加上环氧乙烷的催化水合反应通常是在120℃的温度中开展的，所以，根据实验不难发现，丙三醇能够代替乙二醇当成溶剂参与到循环体系当中。

2.2正交试验分析
为了更好地掌握环氧乙烷的催化水合乙二醇的影响因素，实验人员结合反应体系的具体特点，分别把丙三醇与乙二醇当作溶剂开展正交试验，实验结果如表1、2所示。

表 1 溶剂为乙二醇时
序号
N
Y/g
E
0/g
H
2O/g
N
S/g
E
G选
择
性，%
总
质量
/g
E
O转
化
率，%
1
2
7
7
3
2
70
3
3
9
0.51
4
11
9
6.97
2
1
1
7
3
2
70
1
3
8
3.84
3
75
9
6.85
3
2
7
3
1
2
70
5
3
9
5.56
3
95
9
6.98
4
1
9
7
3
2
70
5
3
8
9.41
4
23
9
5.77
5
1321939
91703 3.72477.93表 2 溶剂为丙三醇时
序号
N
Y/g
E
0/g
H
2O/g
N
S/g
E
G选
择
性，%
总
质量
/g
E
O转
化
率，%
1
2
7
7
3
2
70
3
3
8
9.47
4
11
9
7.73
2
1
1
7
3
2
70
1
3
8
3.84
3
75
9
7.62
3
2
7
3
1
2
70
3
3
9
5.17
3
95
1
00
4
1
9
7
3
2
70
3
3
8
7.45
4
23
9
7.78
5
1
9
3
1
2
70
1
3
9
3.38
3
47
1
00
根据两组实验结果不难发现，当溶剂为丙三醇以及乙二醇时，环氧乙烷的选择性会受到条件的影响发生变化[2]。

若溶剂为丙三醇时，则EO转化率远远高于乙二醇溶剂的EO转化率，甚至转化率能够达到100%。

通过上述实验能够得知，高水比与溶剂量会让乙二醇选择性得到提升。

而在上述实验当中，实验人员对于水比范围的选择高，这就导致实验结果会和正常实验规律之间存在差异。

2.3乙二醇与丙三醇催化水合对比
如图2所示，当丙三醇含量增多时，会让乙二醇的选择性一同升高，因此实验人员在进行催化水合时，只需要添加少量的丙三醇便能起到不错的催化效果。

若丙三醇的添加量达到50g时，那么丙三醇便会处于平稳状态，但是通过乙二醇曲线不难发现，当添加数量增多，其百分比则开始下降。

不仅如此，根据图2还能够发现，在初始时期，相较于乙二醇而言，丙三醇的效果不佳，但是当丙三醇含量增加到20g时，其效果便有了明显好转，并且当丙三醇数量不断增多，其效果也会随着提升。

所以相较于乙二醇而言，将丙三醇作为溶剂，在选择性上具有更高优势。

图 2 溶剂添加数量对选择性的比较
2.4当溶剂为丙三醇时催化剂数量对于选择性的影响
如图3所示，实验人员为了更好地掌握催化剂数量对于选择性的影响，因此将催化剂数量添加到20g，催化效果明显，但是当催化剂到达30g时，催化效果已经趋于平稳状态，因此在添加催化剂也不会对选择性有太大的影响。

由此不难发现，当溶剂为丙三醇时，只需要添加少量的催化剂便能获得不错的催化效果，并降低能耗。

图 3 不同催化剂数量对选择性的影响
2.5当溶剂为丙三醇时水比对于选择性的影响
如图4所示，在所有变量一样的前提下，水比梯度的升高，会让乙二醇的选
择性一同升高，上升了20个百分点，所以，当使用的溶剂出现变化时，实验人
员需要为该溶剂下寻找适合的水比，如此能够有效提高增产效果，值得注意的是，若是水比过高，会导致生产能耗增加。

图 4 不同水比对选择性的影响
结论：综上所述，本文通过研究溶剂对于环氧乙烷催化水合乙二醇的影响，
借助正交试验，选择丙三醇溶剂来进行合成工艺，不仅能够有效降低能耗，而且
合成工艺的产率也能得到显著提升。

参考文献：
[1]李新,聂涛.国内外环氧乙烷发展及应用概况[J].石化技术,2022,29(08):231-233.
[2]童金燕.环氧乙烷储罐安全泄放工艺系统设计[J].广东化工,2022,49(16):163-165+197.。