催化反应精馏法制甲缩醛(实验指导书)
甲缩醛合成方法
甲缩醛合成方法1.1 甲醛和甲醇反应制备甲缩醛1.2 甲醇一步氧化法制甲缩醛1 .3 二甲醚氧化生成甲缩醛1.4 二溴甲烷合成甲缩醛分离萃取精馏制备高纯度甲缩醛甲缩醛生产工艺方法可分为间歇合成工艺及连续工艺。
目前，国内外精制甲缩醛的工艺方法主要有膜蒸馏法和萃取蒸馏法。
精制甲缩醛的双效变压精馏工艺方法用途2.1 在杀虫剂配方中的应用2.2 在皮革上光剂、汽车上光剂配方中的应用2.3甲缩醛在空气清新剂中的应用2.4 在柴油添加剂中的应用。
2.5 在彩带配方中的应用2.6 在涂料行业中的应用2.7 在柴油添加剂中的应用2.8 甲缩醛在其他方面的应用1、甲醛和甲醇反应制备甲缩醛用甲醛和甲醇反应生成甲缩醛的工艺是合成甲缩醛的众多反应中是最为常用的，因为这个方法的原料易得，操作又方便，反应快，条件温和且易控制。
虽然是放热反应，但反应放出的热量比较小，对反应的平衡转化率影响不大。
以甲醇和甲醛为原料，生产甲缩醛的工艺主要有两种:液相缩合法和反应精馏法。
其反应式如下:(1)液相缩合法是一种常用的工业方法。
该法操作简单，反应条件温和，但是生产中要产生大量的含甲醛的酸性有机废水，难于处理，污染环境，因此该法已经逐步被淘汰。
[1]反应精馏法已在工业化生产中得到大规模应用，是国内外生产甲缩醛的主流工艺。
该工艺与液相缩合法相比，含甲醛的酸性有机废水被低浓度的甲醛废水所取代，废水量少。
2、甲醇一步氧化法制甲缩醛甲醇脱氢制甲缩醛工艺主要有两种:一种是甲醇无氧脱氢制甲缩醛，其反应式如下:3CH 3 OH +1/2O →2CH 3 (OCH 3 ) 2 +2H 2 O (2)另外一种是甲醇无氧脱氢制甲缩醛，其反应式如下:3CH 3 OH→CH 3 (OCH 3 ) 2 + H 2 + H 2 O (3)沈俭一等［12 ］研制出一种甲醇选择氧化生产甲缩醛的催化剂，是在酸性、含硫的改性二氧化钛上负载钒，其中改性二氧化硫的含量以硫酸根计为1．0% ～4．5%，改性二氧化钛上矾的负载量以五氧化二钒计为5% ～20%。
催化反应精馏实验报告
催化反应精馏实验报告
一、实验目的
1. 了解催化反应精馏的原理和应用。
2. 掌握催化反应精馏装置的操作方法。
3. 测定催化反应精馏的效率。
二、实验原理
催化反应精馏是一种将化学反应和精馏过程相结合的技术，它可以在一个设备中同时实现反应和分离。
在催化反应精馏中，催化剂被放置在精馏塔的适当位置，反应物在催化剂上进行反应，生成的产物随着精馏过程被分离出来。
三、实验步骤
1. 搭建催化反应精馏装置。
2. 加入反应物和催化剂。
3. 加热并调节回流比，使反应进行。
4. 收集产物，并测定其组成和产量。
四、实验结果与分析
1. 催化反应精馏的效率较高，可以在较短的时间内获得较高的转化率和选择性。
2. 催化剂的选择和用量对反应结果有较大的影响，需要根据具
体情况进行优化。
3. 回流比的调节对分离效果有较大的影响，需要根据产物的组成和要求进行调整。
五、实验结论
通过本次实验，我们了解了催化反应精馏的原理和应用，掌握了催化反应精馏装置的操作方法，并测定了催化反应精馏的效率。
实验结果表明，催化反应精馏是一种高效的反应分离技术，但在实际应用中需要根据具体情况进行优化和调整。
催化反应精馏法制甲缩醛
催化反应精馏法制甲缩醛班级：2010级化工班 姓名：徐跞 学好：20105053011反应精馏法是集反应与分离为一体的一种特殊精馏技术，该技术将反应过程的工艺特点与分离设备的工程特性有机结合在一起，既能利用精馏的分离作用提高反应的平衡转化率，抑制串联反应的发生，又能利用放热反应的热效应降低精馏的能耗，强化传质。
因此，在化工生产中得到越来越多广泛的应用。
一、实验目的（1）了解反应精馏工艺过程的特点，增强工艺与工程相结合的观念。
（2）掌握反应精馏装置的操作控制方法，学会通过观察反应精馏塔内的温度分布，判断浓度的变化趋势，采取正确调控手段。
（3）学会用正交设计的方法，设计；合理的实验方案，进行工艺条件的优先。
（4）获得反应精馏法制备甲缩醛的最优异的工艺条件，明确主要因素。
二、实验原理本实验以甲醛与甲醇缩合生产甲缩醛的反应为对象进行反应精馏工艺的研究。
合成甲缩醛的反应为：O H O H C O CH OH CH 2228323+=+ （1）该反应是在酸催化条件下进行的可逆放热反应，受平衡转化率的限制，若采用传统的先反应后分离的方法，即使以高浓度的甲醛水溶液（38%—40%）为原料，甲醛的转化率也只能达到60%左右，大量未反应的稀甲醛不仅给后续的分离造成困难，而且稀甲醛浓缩时产生的甲酸对设备的腐蚀严重。
而采用反应精馏的方法则可以有效的克服平衡转化率这热力学障碍，因为该反应物系中各组分相对挥发度的大小次序为： 水甲醛甲醇甲缩醛αααα>>> 。
可见，由于产物甲缩醛具有最大的相对挥发度，利用精馏的作用可将其不断的从系统中分离出去，促使平衡向生成物的方向移动，大幅度提高甲醛的平衡转化率，若原料配比控制合理，甚至可达到接近平衡转化率。
采用反应精馏技术还有以下优点：（1）在合理的工艺及设备条件下，可从塔顶直接获得合格的甲缩醛产品；（2）反应和分离在同一设备中进行，可节省设备费用和操作费用；（3）反应热直接用于精馏过程，可降低能耗；（4）由于精馏的提浓作用，对原料甲醛的浓度要求降低，浓度为7%—38%的甲醛水溶液均可使用。
催化精馏法制备甲缩醛
1
1 1
实验部分
实验装置与方法 实验装置如图 1 所示. 塔釜( 1) : 2000 mL 的四口烧瓶 ; 可控电热碗: 规格为 2000 mL 的电加热碗 ; 热
电偶温度显示仪 ( 2) : 依次显示塔顶、 精馏段、 反应段、 提馏段、 塔釜的真实温度; 蠕动计量泵( 3) : 通过调 节电机转速来控制原料的加入量; 回流比控制器( 4) : 通过时间分配器设定回流与采出的时间, 控制回流 比. 塔柱从上而下依次是精馏段 ( 5) 、 反应段 ( 6) 、 提馏段( 7) , 全塔为带夹套玻璃塔, 塔内径为 25 mm, 塔 高约 2400 mm, 内装 3 mm 的玻璃弹簧填料 ; 冷凝水接口( 8) ; 产品甲缩醛出口( 9) . 实验步骤为: 1) 检查精馏塔进出料系统各管线上的阀门开闭状态是否正常. 向塔釜加入 200 mL 约 10% 的甲醇 水溶液. 调节计量泵 , 分别标定原料甲醛和甲醇的进料流量 . 2) 开启塔顶冷却水. 再开启塔釜加热器 . 当塔头有凝液后, 全回流操作约 20 min. 3) 按选定的实验条件 , 开始进料, 同时将回流比控制器拨到给定的数值. 进料后 , 仔细观察并跟踪 记录塔内各点的温度变化 , 待塔顶温度稳定后 , 每隔 10 min 取一次塔顶样品 , 分析其组成.
的气味和易被生物降解的液体 , 可以替代 F11 和 F13 及含氯溶剂的清洁溶剂, 也被应用于化妆品和医药
-8] 行业 , 是一种重要的化工原料[ 6 .
传统的甲醇氧化法得到甲醛的纯度只能达到 55% [ 9] , 且未反应的稀甲醛回收困难且设备腐蚀问题 严重. 为解决这些问题 , 本实验利用催化精馏分离工艺 , 将产物及时移出反应区 , 提高反应的平衡转化 率, 同时在塔顶获得高纯度的甲缩醛产品 . 实验中考察了进料醇醛摩尔比、 进料总流量和催化剂含量等 因素对塔顶甲缩醛的含量的影响, 获得了较为理想的制取甲缩醛的工艺条件.
催化反应精馏实验
实验号
因素 xF(g/min) p(mol/mol) c(wt%)
R
1
1(3.0)
1(2.0)
1(1.0)
1(2.0)
2
1(3.0)
1(2.0)
1(1.0)
2(3.0)3ຫໍສະໝຸດ 1(3.0)2(3.0)
2(2.0)
1(2.0)
4
1(3.0)
2(3.0)
2(2.0)
2(3.0)
5
2(4.0)
1(2.0)
2(2.0)
实验原理
相对的优势： （1）节省设备费用和操作费用； （2）利用反应热； （3）由于精馏的提浓作用，降低了对原料甲醛的浓度要求； （4）利用精馏的原理促进反应转化率的提高。 带来的问题：
设备型式复杂；控制和操作难度增加等；
二、实验原理
耦合的考察思路
反应工程
温度效应 浓度效应 工程因素
反应 分离
综合考察
除了完全实验外，有没有更科学的实验设计方法呢？
二、实验原理
实验原理
2.正交实验设计 正交实验设计是用于多因素实验的一种方法，它是从全面实验的方案中挑选部
分具有代表性的点进行实验，这些点具有“均匀”和“整齐”的特点；正交实验设
计是部分因子设计的主要方法，虽科学减少了实验次数，但具有很高的效率。 具体的设计方法，可参考书目（课外学习）：
一、实验项目的来源与技术背景
3、应用价值
来源与背景
目前，该技术工业规模的应用有醚化（甲基叔丁基醚）、酯化和水解（乙酸甲 酯合成与水解）、烷基化（乙烯和苯的烷基化）、脱水（二异丙基醚的制备）、烯 烃水合（叔丁醇的生产）、聚合（聚酰胺）等反应。本实验所选择的体系即为甲醇
催化反应精馏制甲缩醛
内 蒙 古石 油４ ｒ Ｌ－ － －
２ ９
催化 反 应 精馏 制 甲缩 醛
张 霞 ， 世 燕 刘
（ 肥 学 院 化学 与材 料 工 程 系 ， 徽 合 肥 合 安 ２０ ２ ） ３ ０ ２
摘 要 ： 催 化 反 应 精 馏 制 甲缩 醛 的 工 艺 中 ， 响 因 素 很 多 ， 催 化 剂含 量 、 料 醇 醛 比 、 醛 浓 度 、 在 影 如 进 甲 回 流 比 和 塔 顶 采 出 。 实验 以 甲醇 和 甲醛 为 原 料 ， 硫 酸 为 催 化 剂 催 化 精 馏 制 甲 缩 醛 ， 其 他 条 件 不 变 得 以 在
情 况 下 ， 过 改 变 采 出 率 ， 察 了塔 顶 采 出 塔 顶 采 出 对 甲 缩 醛 收 率 和 纯 度 的 影 响 。 通 考
关 键 词 ： 缩 醛 ； 醇 ； 醛 ； 顶 采 出 ； 率 ； 度 甲 甲 甲 塔 收 纯 随 着 众 多 制 备 甲缩 醛 的 工 艺 的 不 断 成 熟 ， 如
大 量 未 反 应 的 稀 甲醛 不 仅 给 后 续 的 分 离 造 成 困 难 ，
反应 精馏 法是 集反 应与 分离 为一 体 的一种 特殊 精 馏 技 术 ， 技 术 将 反 应 过 程 的 工 艺 特 点 与 分 离 设 该 备 的工 程特 性 有 机结 合 在 一 起 ， 能利 用 精 馏 的分 既 离 作 用 提 高 反 应 的 平 衡 转 化 率 ， 制 串 联 副 反 应 的 抑 发 生 ， 能 利 用 放 热 反 应 的热 效 应 降 低 精 馏 的 能 耗 ， 又 强 化 传质 。 此 ， 化工 生产 中得 到越 来越 广泛 的应 因 在 用 。白 鹏 ［等 对 催 化 精 馏 技 术 的 应 用 进 行 了 研 究 ， ４ ］ 发
通过萃取催化精馏合成高纯度甲缩醛
通过萃取催化精馏合成高纯度甲缩醛摘要：一个集成的连续过程，它在一列中结合了催化蒸馏和的萃取蒸馏，研究了高纯度甲缩醛的合成在阳离子交换树脂催化剂的存在下由甲醇和甲醛合成的。
选择评估了甲醇：甲醛摩尔比为2:1的进料的操作参数的影响，如在连续甲缩醛的合成中萃取进料的位置，萃取剂的进料比，回流比，再沸器的温度。
在最佳操作条件和水作为萃取剂下，萃取催化蒸馏过程的连续操作，以98.0％的甲醛转化生产甲缩醛的纯度为98.7％（水<1.30％）。
关键词：阳离子交换树脂，萃取催化精馏，甲醛，甲醇，甲缩醛1.引言甲缩醛是经常被用来作为家用及工业喷雾剂的溶剂，聚氨酯泡沫材料的发泡剂，以及离子交换树脂的生产[1]。
由于它的高氧含量（42％）和高的十六烷值，甲缩醛已被建议作为柴油中的一种非常有前途的添加剂[2]。
同时也适用于生产浓缩甲醛，是一种重要的用于合成缩醛树脂的原材料[3]。
在传统工艺中，甲缩醛的合成是由甲醛和甲醇在硫酸存在下进行的。
近年来，由于消除腐蚀，以及易于回收和再生的优点[4-6]，为了合成甲缩醛中一系列的固体酸催化剂，如阳离子交换树脂，沸石，负载型杂多酸以及磺化的氟树脂衍生物被开发出来以取代硫酸[7-10]。
特别是，具有优良的活性和在该反应中较长的寿命大孔聚苯乙烯系阳离子交换树脂，被广泛应用于甲缩醛合成。
()1223233.02-Θ⋅-=∆+−−→−+m ol kJ H OH OCH CH HCHO OH CH m r catalyst (1)这个反应是有限的平衡，在连续从体系中除去甲缩醛、水，使得在合成过程中效率有所提高[11-13]。
因此，在催化精馏中，反应和分离同时在一个单一的操作单元中进行，用于甲缩醛合成[14]，但在蒸馏塔的顶部上形成的共沸物（92.2％的甲缩醛和7.8％的甲醇），沸点为41.9°C 。
为了获得高纯度甲缩醛，在过去的几十年中已经提出了许多方法。
Bernatek [15]提出了一种通过甲醇与金属钠发生化学反应的方法。
催化反应精馏法制甲缩醛(实验指导书)
催化反应精馏法制甲缩醛（实验指导书）实验十催化反应精馏法制甲缩醛反应精馏法是集反应与分离为一体的一种特殊精馏技术，该技术将反应过程的工艺特点与分离设备的工程特性有机结合在一起，既能利用精馏的分离作用提高反应的平衡转化率，抑制串联副反应的发生，又能利用放热反应的热效应降低精馏的能耗，强化传质。
因此，在化工生产中得到越来越广泛的应用。
一、实验目的(1)了解反应精馏工艺过程的特点，增强工艺与工程相结合的观念。
(2)掌握反应精馏装置的操作控制方法，学会通过观察反应精馏塔内的温度分布，判断浓度的变化趋势，采取正确调控手段。
(3)学会用正交设计的方法，设计合理的实验方案，进行工艺条件的优选。
(4)获得反应精馏法制备甲缩醛的最优工艺条件，明确主要影响因素。
二、实验原理本实验以甲醛与甲醇缩合生产甲缩醛的反应为对象进行反应精馏工艺的研究。
合成甲缩醛的反应为:(1) 2CHOH，CHO,CHO，2HO32362该反应是在酸催化条件下进行的可逆放热反应，受平衡转化率的限制，若采用传统的先反应后分离的方法，即使以高浓度的甲醛水溶液(38—40%)为原料，甲醛的转化率也只能达到60%左右，大量未反应的稀甲醛不仅给后续的分离造成困难，而且稀甲醛浓缩时产生的甲酸对设备的腐蚀严重。
而采用反应精馏的方法则可有效地克服平衡转化率这一热力学障碍，因为该反应物系中各组分相对挥发度的大小次序为:,，,，,，,，可见，由于产物甲缩醛具有最大的相对挥发度，甲醇甲醛甲缩醛水利用精馏的作用可将其不断地从系统中分离出去，促使平衡向生成产物的方向移动，大幅度提高甲醛的平衡转化率，若原料配比控制合理，甚至可达到接近平衡转化率。
此外，采用反应精馏技术还具有如下优点:(1) 在合理的工艺及设备条件下，可从塔顶直接获得合格的甲缩醛产品。
(2) 反应和分离在同一设备中进行，可节省设备费用和操作费用。
(3) 反应热直接用于精馏过程，可降低能耗。
(4) 由于精馏的提浓作用，对原料甲醛的浓度要求降低，浓度为7%—38%的甲醛水溶液均可直接使用。
DMF萃取精馏精制高纯度甲缩醛的模拟研究1
萃取精馏法的最优操作方案，为甲缩醛和甲醇分离过程
的优 化操 作 和设 计提 供依 据 。
为了研究理论板数、进料位置、溶剂比 （ 萃取剂进
２ 萃取精馏 过程建模
２ ． １ 模拟流程 萃取精馏法分离 甲缩醛和 甲醇工艺流程如图 １所
料量与 甲缩醛进料量 比值）和回流 比等参数对 ２个精馏 塔分离效果和能耗的影响，分别改变这些参数进行模拟 计算 ，得到最优 的操作条件 ，并作能耗比较，这里能耗
中图分类 号：Ｔ Ｑ０ ２ ８ ＿ ３ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ １ ． ４ １ ６ ０ （ ２ ０ １ ２ ） １ １ ． １ ３ ４ ３ ． １ ３ ４ ６
１ 引言
甲缩醛 又 名 二 甲氧基 甲烷 ，具有 良好 的溶 解性 、低 沸 点和 与 水相 溶 性 ，用途 广 泛 ，作 为一 种性 能 优 良的溶 剂 广泛 应用 于 化 妆 品、 药 品、家 庭用 品、汽 车 上光 剂 、 杀 虫剂 、皮 革 上 光剂 、清 洁 剂 、橡胶 制 品 、油漆 、油 墨 等产 品中 ，也可 直接 氧化 生产 高纯 度 的 甲 卜 ２ 】 。工 业 甲
Ｆｉ ｇ ． ３ Ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆｔ ｈ ｅ ｍｅ ｈｙ ｔ ｌ ａ ｌ ｆ ｅ ｅ ｄ ｌ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ．
馏塔理论板数 ，其它模拟条件不变 ，考察萃取精馏塔理 论板数 对分 离 效果和 能耗 的影 响 ，结果如 图 ２所示 。
好
理论塔板数
Ｆ ｉ ｇ． ２ Ｔｈ ｅ ｉ ｎ ｌｕｅ ｆ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｇ ｅ
图２ 理论塔板数的影响
从图２ 可以看出， 理论塔板数是影响萃取精馏塔塔顶 组成和能耗的重要因素 。随着理论塔板数的增加 ，塔顶 甲缩醛含量逐渐升高，说明塔分离能力提高，能耗也逐
催化反应精馏制甲缩醛
催化反应精馏制甲缩醛目录:一．实验装置图二．设备特点三．设备主要部件四．操作要点及注意事项五．分析方法六．教学实验要求1．实验简介2．实验准备工作3．实验报告要求华东理工大学化学工程与工艺实验中心2008年11月一．实验装置图二．设备特点反应精馏法制备甲缩醛是典型的工程与工艺结合的专业实验，以甲醇和甲缩醛为反应原料，硫酸为催化剂，在常压下通过反应精馏法制备甲缩醛，考察回流比，催化剂浓度，甲醛浓度，塔顶出料等因素对甲缩醛收率的影响。
用气相色谱热导池检测法分析产物含量。
实验中使用蠕动泵恒定进料，调压电热碗加热，通过时间分配器和磁铁摆针调节回流比，提高实验可靠性。
三．设备主要部件1．反应精馏塔：从上而下依次是精馏段、反应段、提馏段，全塔为带夹套玻璃塔，塔内径为25mm，塔高约2400mm，内装Ф3mm的玻璃弹簧填料；2．塔釜：2000ml的四口烧瓶；3．冷凝头：玻璃蛇形冷凝器；4．电热碗：规格为2000ml的电加热碗；5．调压器：调节输出电压，控制塔釜加热量；6．温度显示仪：用5台热电偶温度显示仪依次显示塔顶、精馏段、反应段、提馏段、塔釜的真实温度；7．蠕动计量泵：2台，通过调节电机转速来控制原料的加入量，使用前需流量进行流量校正；8．时间分配器：通过时间分配器设定回流与采出的时间，控制回流比；9．磁铁摆针：受时间分配器控制，摆针受磁力作用左右摆动，实现塔顶冷凝液的采出与回流。
四．操作要点及注意事项操作要点1．预先将硫酸催化剂按规定的浓度配入甲醛原料中，调节计量泵，分别标定甲醛和甲醇的进料流量；2．检查精馏塔进出料系统各管线上的阀门开闭状态是否正常，向塔釜中加入400ml的10％左右的甲醇水溶液；3．先开启塔顶冷却水，再开启塔釜加热器，加热量逐步增加，不宜过猛。
当塔顶有冷凝液后全回流操作20min；4．开始进料，甲醛由反应段的上端加入，甲醇由反应段的下端加入，同时将回流比控制在预定值。
观察并记录塔内各点的温度变化，现场测定塔顶出料速度，调节塔釜加热量，使塔顶出料量达到预定值。
反应精馏隔壁塔制甲缩醛过程模拟与分析
文献标志码： A
文章编号： 0438⁃1157 （2019） 03-0960-09
Simulation and analysis of reactive dividing-wall column for methylal
production process
YANG Jie, QI Jiangyu, SHA Yong
CIESC Journal , 2019, 70(3): 960-968
化工学报 2019 年 第 70 卷 第 3 期 |
DOI：10.11949/j.issn.0438⁃1157.20180623
研究论文
反应精馏隔壁塔制甲缩醛过程模拟与分析
料添加剂等的生产中，其中最重要的应用是作为高
低等原因目前还无法用于工业化生产，因此目前甲
பைடு நூலகம்
浓度甲醛的合成原料，与传统的甲醇氧化法相比，
缩醛的生产大多采用甲醛甲醇缩合法。反应精馏
甲缩醛氧化法可以将浓缩甲醛的浓度从 45% 提升
收稿日期：2018-06-07
工艺是目前甲缩醛生产过程应用最成熟的工艺，该
修回日期：2018-11-06
Journal, 2019, 70(3): 960-968
第3期
·961 ·
甲缩醛反应精馏过程模拟与分析
缩醛氧化制高浓度甲醛工艺中 。在甲缩醛反应精
1
馏工艺中，甲醇和甲醛的缩合反应被集中于反应精
1.1
热力学与动力学模型
工艺最早由日本旭化成公司提出，并成功被用于甲
[3]
and fuel additives, etc. At present, reactive distillation technology is the main method for preparing methylal from
甲缩醛合成方法
甲缩醛合成方法甲缩醛合成方法1.1 甲醛和甲醇反应制备甲缩醛1.2 甲醇一步氧化法制甲缩醛1 .3 二甲醚氧化生成甲缩醛1.4 二溴甲烷合成甲缩醛分离萃取精馏制备高纯度甲缩醛甲缩醛生产工艺方法可分为间歇合成工艺及连续工艺。
目前，国内外精制甲缩醛的工艺方法主要有膜蒸馏法和萃取蒸馏法。
精制甲缩醛的双效变压精馏工艺方法用途2.1 在杀虫剂配方中的应用2.2 在皮革上光剂、汽车上光剂配方中的应用2.3甲缩醛在空气清新剂中的应用2.4 在柴油添加剂中的应用2.5 在彩带配方中的应用2.6 在涂料行业中的应用2.7 在柴油添加剂中的应用2.8 甲缩醛在其他方面的应用1、甲醛和甲醇反应制备甲缩醛用甲醛和甲醇反应生成甲缩醛的工艺是合成甲缩醛的众多反应中是最为常用的，因为这个方法的原料易得，操作又方便，反应快，条件温和且易控制。
虽然是放热反应，但反应放出的热量比较小，对反应的平衡转化率影响不大。
以甲醇和甲醛为原料，生产甲缩醛的工艺主要有两种:液相缩合法和反应精馏法。
其反应式如下:(1)液相缩合法是一种常用的工业方法。
该法操作简单，反应条件温和，但是生产中要产生大量的含甲醛的酸性有机废水，难于处理，污染环境，因此该法已经逐步被淘汰。
[1]反应精馏法已在工业化生产中得到大规模应用，是国内外生产甲缩醛的主流工艺。
该工艺与液相缩合法相比，含甲醛的酸性有机废水被低浓度的甲醛废水所取代，废水量少。
2、甲醇一步氧化法制甲缩醛甲醇脱氢制甲缩醛工艺主要有两种:一种是甲醇无氧脱氢制甲缩醛，其反应式如下:3CH 3 OH +1/2O →2CH 3 (OC H 3 ) 2 +2H 2 O (2)另外一种是甲醇无氧脱氢制甲缩醛，其反应式如下:3CH 3 OH→CH 3 (OCH 3 ) 2 + H 2 + H 2 O (3)沈俭一等［12 ］研制出一种甲醇选择氧化生产甲缩醛的催化剂，是在酸性、含硫的改性二氧化钛上负载钒，其中改性二氧化硫的含量以硫酸根计为1．0% ～4．5%，改性二氧化钛上矾的负载量以五氧化二钒计为5% ～20%。
酸性离子液体催化精馏制备甲缩醛的研究
酸性离子液体催化精馏制备甲缩醛的研究宋浩然【摘要】Alkyl imidazoles were synthesized through the reactions of bromination alkane with different alkyl carbon chain and sodium imidazole. Hydrophobic functional acidic ionic liquids were prepared through sequential reaction of alkyl imidazoles with butyl sulfonate and H2 SO4. The possibility of methylal preparation was studied by catalytic distillation technology, which used methanol and formaldehyde as feeds and acidic ionic liquids as catalyst. Effects of the different mole feed ratios of methanol and formaldehyde, total flow rate of feeds and catalyst contents to this process were investigated. Moreover, mass weight of methylal in the tower overhead can reach 96. 48% and formaldehyde conversion reach 66. 70%, when the molar ratio of methanol to formaldehyde was 3, the total feed amount 20. 1 mL/min, the catalyst content was 3%, the bottoms heating temperaturethe was 250 ℃, reflux ratio was 1.%通过咪唑、氢氧化钠和溴代烷烃反应生成了烷基咪唑,再与丁基磺酸内酯反应,经硫酸化直接制备了烷基咪唑酸性离子液体,以离子液体作为催化剂催化精馏制备甲缩醛,考察不同因素对催化精馏的影响,结果表明,当进料中醇醛摩尔比为3：1,总进料量为20.1 mL/min,催化剂用量为3%(甲醛溶液质量),釜底加热温度为250℃,回流比为1时,催化精馏效果最优,此时甲醛转化率为66.70%,塔顶产品纯度为96.48%(质量百分数)。
催化反应精馏合成甲缩醛的工艺研究
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【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.【期刊名称】《炼油与化工》【年(卷),期】2010(021)003【总页数】2页(P7-8)【关键词】催化精馏;甲缩醛;甲醇;甲醛【作者】王艳飞;董炳利;周金波;张松显;马艳捷;樊英杰【作者单位】兰州化工研究中心,甘肃,兰州,730060;兰州化工研究中心,甘肃,兰州,730060;兰州化工研究中心,甘肃,兰州,730060;兰州化工研究中心,甘肃,兰州,730060;兰州化工研究中心,甘肃,兰州,730060;兰州化工研究中心,甘肃,兰州,730060【正文语种】中文【中图分类】TQ420甲缩醛经氧化可获得高纯度的甲醛，而传统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。
反应精馏法[1]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，强化传质。
因此是典型的工程与工艺结合的工艺[2,3]。
在甲缩醛合成研究中，选择甲醛和甲醇为原料，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、醛醇比和投料量对甲缩醛产物的影响。
1.1 实验原料及催化剂性质见表11.2 实验装置实验采用反应精馏塔合成甲缩醛，反应精馏塔塔釜溶剂20 L，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。
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实验十 催化反应精馏法制甲缩醛
反应精馏法是集反应与分离为一体的一种特殊精馏技术，该技术将反应过程的工艺特点与分离设备的工程特性有机结合在一起，既能利用精馏的分离作用提高反应的平衡转化率，抑制串联副反应的发生，又能利用放热反应的热效应降低精馏的能耗，强化传质。
因此，在化工生产中得到越来越广泛的应用。
一、实验目的
(1)了解反应精馏工艺过程的特点，增强工艺与工程相结合的观念。
(2)掌握反应精馏装置的操作控制方法，学会通过观察反应精馏塔内的温度分布，判断浓度的变化趋势，采取正确调控手段。
(3)学会用正交设计的方法，设计合理的实验方案，进行工艺条件的优选。
(4)获得反应精馏法制备甲缩醛的最优工艺条件，明确主要影响因素。
二、实验原理
本实验以甲醛与甲醇缩合生产甲缩醛的反应为对象进行反应精馏工艺的研究。
合成甲缩醛的反应为：
O H O H C O CH OH CH 2632322+=+ (1) 该反应是在酸催化条件下进行的可逆放热反应，受平衡转化率的限制，若采用传统的先反应后分离的方法，即使以高浓度的甲醛水溶液（38—40%）为原料，甲醛的转化率也只能达到60%左右，大量未反应的稀甲醛不仅给后续的分离造成困难，而且稀甲醛浓缩时产生的甲酸对设备的腐蚀严重。
而采用反应精馏的方法则可有效地克服平衡转化率这一热力学障碍，因为该反应物系中各组分相对挥发度的大小次序为：水甲醛甲醇甲缩醛αααα〉〉〉，可见，由于产物甲缩醛具有最大的相对挥发度，利用精馏的作用可将其不断地从系统中分离出去，促使平衡向生成产物的方向移动，大幅度提高甲醛的平衡转化率，若原料配比控制合理，甚至可达到接近平衡转化率。
此外，采用反应精馏技术还具有如下优点：
(1) 在合理的工艺及设备条件下，可从塔顶直接获得合格的甲缩醛产品。
(2) 反应和分离在同一设备中进行，可节省设备费用和操作费用。
(3) 反应热直接用于精馏过程，可降低能耗。
(4) 由于精馏的提浓作用，对原料甲醛的浓度要求降低，浓度为7%—38%的甲醛水溶液均可直接使用。
本实验采用连续操作的反应精馏装置，考察原料甲醛的浓度、甲醛与甲醇的配比、催化剂浓度、回流比等因素对塔顶产物甲缩醛的纯度和生成速率的影响，从中优选出最佳的工艺条件。
实验中，各因素水平变化的范围是：甲醛溶液浓度（重量浓度） 12% — 38%，甲醛:甲醇（摩尔比）为1:8—1:2 ，催化剂浓度 1%—3%，回流比 5 — 15。
由于实验涉及多因子多水平的优选，故采用正交实验设计的方法组织实验，通过数据处理，方差分析，确定主要因素和优化条件。
实验装置如图2–53所示。
反应精馏塔由玻璃制成。
塔径为25 mm ，塔高约2400 mm ，共分为三段，由下至上分别为提馏段、反应段、精馏段，塔内填装弹簧状玻璃丝填料。
塔釜为1000ml 四口烧瓶，置于1000W 电热碗中。
塔顶采用电磁摆针式回流比控制装置。
在塔釜，塔体和塔顶共设了五个测温点。
原料甲醛与催化剂混合后，经计量泵由反应段的顶部加入，甲醇由反应段底部加入。
用气相色谱分析塔顶和塔釜产物的组成。
四、实验步骤
(1) 原料准备： 1) 在甲醛水溶液中加入1%、2%、3%的浓硫酸作为催化剂。
2) CP 级或工业甲醇。
(2) 操作准备：检查精馏塔进出料系统各管线上的阀门开闭状态是否正常。
向塔釜加入400ml ，约10%的甲醇水溶液。
调节计量泵，分别标定原料甲醛和甲醇的进料流量，甲醇的
体积流量控制在4-5 ml/min （或3-4g/min ）。
(3) 实验操作：
1） 先开启塔顶冷却水。
再开启塔釜加热器，加热量要
逐步增加，不宜过猛。
当塔头有凝液后，全回流操作约20分钟。
2） 按选定的实验条件，开始进料，同时将回流比控制
器拨到给定的数值。
进料后，仔细观察并跟踪记录塔内各点
的温度变化，测定并记录塔顶与塔釜的出料速度，调节出料
量，使系统物料平衡。
3） 待塔顶温度稳定后，每隔15分钟取一次塔顶、塔釜样品，分析其组成，共取样2-3次。
取其平均值作为实验结
果。
4） 依正交实验计划表，改变实验条件，重复步骤（2），
可获得不同条件下的实验结果。
5） 实验完成后，切断进出料，停止加热，待塔顶不再有凝液回流时， 关闭冷却水。
注意：本实验按正交表进行，工作量较大，可安排多组学生共同完成
12
4
56
78
9
1031113
1415163
12
冷却水
14
图3-1 催化精馏实验装置
1–电热碗；2–塔釜；3–温度计；
4–进料口；5–填料；6–温度计；
7–时间继电器；8–电磁铁；9–冷凝器；10–回流
摆体；11–计量杯；12–数滴滴球；13–产品槽；
14–计量泵；15–塔釜出料口；16–釜液贮瓶；
（1）列出实验原始记录表，计算甲缩醛产品的收率。
产品甲缩醛纯度的计算：
利用气相色谱分析出样品的含量，用峰面积校正归一法求出产品纯度
185.185.1⨯+⨯⨯=
甲醇甲缩醛甲缩醛CONC CONC CONC X d
甲缩醛收率计算式： %1000
1⨯⨯⨯⨯=M M x F x D f d η （2）绘制全塔温度分布图，绘制甲缩醛产品收率和纯度与回流比的关系图。
（3）以甲缩醛产品的收率为实验指标，列出正交实验结果表，运用方差分析确定最佳工艺条件。
六、实验结果讨论
(1) 反应精馏塔内的温度分布有什么特点？随原料甲醛浓度和催化剂浓度的变化，反应段温度如何变化？这个变化说明了什么？
(2) 根据塔顶产品纯度与回流比的关系，塔内温度分布的特点，讨论反应精馏与普通精馏有何异同。
(3) 本实验在制定正交实验计划表时没有考虑各因素间的交互影响，您认为是否合理？若不合理，应该考虑哪些因子间的交互作用？
(4) 要提高甲缩醛产品的收率可采取哪些措施？
七、预习与思考
(1) 采用反应精馏工艺制备甲缩醛，从哪些方面体现了工艺与工程相结合所带来的优势？
(2) 是不是所有的可逆反应都可以采用反应精馏工艺来提高平衡转化率？为什么？
(3) 在反应精馏塔中，塔内各段的温度分布主要由哪些因素决定？
(4) 反应精馏塔操作中，甲醛和甲醇加料位置的确定根据什么原则？为什么催化剂硫酸要与甲醛而不是甲醇一同加入？实验中，甲醛原料的进料体积流量如何确定？
(5) 若以产品甲缩醛的收率为实验指标，实验中应采集和测定哪些数据？请设计一张实验原始数据记录表。
(6) 若不考虑甲醛浓度、原料配比、催化剂浓度、回流比这四个因素间的交互作用，请设计一张三水平的正交实验计划表。
主要符号说明
x d ——塔顶馏出液中甲缩醛的质量分率； x f ——进料中甲醛的质量分率；
D ——塔顶馏出液的质量流率，g/min ； F ——进料甲醛水溶液的质量流率，g/min ； M 1、M 0——甲醛，甲缩醛的分子量； η——甲缩醛的收率。
八、注意事项
(1) 设定时间分配器时，为减小摆针晃动的影响，要求采出时间≥3s。
（2）每次停止加料后应将塔内甲缩醛排尽，以免影响下一次实验，将回流比调为1:1，继续塔顶采出，直至塔顶温度为60℃以上，关闭回流分配器开关。
(3) 试验结束，用清水洗涤胶管后，将蠕动泵管卡松开。