丙烯酸丁酯最佳反应条件的选择

丙烯酸丁酯最佳反应条件的选择
摘要：以丙烯酸、正丁醇为原料，对甲苯磺酸为催化剂合成丙烯酸丁酯，通过正交试验探讨各工艺参数对酯化反应反应的影响，得出了最佳工艺条件：n(正丁醇)/n(丙烯酸)=1.16：1，反应温度为98℃，停留时间为14h,结果表明丙烯酸转化率可达到98%以上，产品质量符合GB/T17529.4-1998。

关键词：丙烯酸正丁醇丙烯酸丁酯对甲苯磺酸酯化反应工艺条件丙烯酸丁酯应用广泛[13]，在工业上多采用丙烯酸与丁醇在浓硫酸催化下酯化合成[2]，副反应多、产品颜色深、后处理工艺复杂、设备腐蚀严重、废水排放量大。

因此，人们一直在寻找更优良的催化剂来代替浓硫酸催化酯化反应[3 ]。

阳离子交换树脂就是其中一种，它具有容易和产物分离、腐蚀性小、选择性高、不污染环境等优点。

以阳离子交换树脂催化合成丙烯酸丁酯在国内研究较少，劭仕香等人[8 在D61、D72与001×7三种阳离子交换树脂中选择了活性最高的001×7树脂为催化剂，在130℃反应6 h得到产率为97．2 9／6的丙烯酸丁酯，笔者则从多种阳离子交换树脂中进行筛选，并对其反应规律进行了更深入的研究，使用最优的阳离子交换树脂作为丙烯酸丁酯酯化合成的催化剂，确定了采用该树脂作为催化剂时的最佳反应条件，比较了硫酸与阳离子交换树脂的催化性能。

前言
工艺条件主要有反应温度、反应压力、空间速度、原料配比、催化剂活性、原料纯度等方面。

现就这几个重点工艺条件的选择方法的相似之处进行探讨。

很多化学反应，在同一条件能同时向正、逆两个方向进行，这种反应称为可逆反应，当反应进行到一定程度时，反应达到化学平衡。

其特点如下：
1
1.1 反应原理
对甲苯磺酸
CH
2=CH-COOH＋C
4
H
9
OH CH
2
=CH-COOC
4
H
9
＋H
2
O
丙烯酸丁醇丙烯酸丁酯水丙烯酸和正丁醇在对甲苯磺酸为催化剂的条件下反应得到丙烯酸丁酯。

1.2 工艺流程
原料丁醇经脱水塔流入第一酯化反应器，原料丙烯酸和催化剂在管道混合后经换热器加热后进入第一酯化反应器与丁醇混合后，依次经过两个串联着的反应器，两台反应器采用低压蒸气加热，反应生成的水和未反应的丁醇一起被蒸馏至脱水塔，丁醇通过脱水塔自流至第一反应器循环使用，直至丙烯酸转化为丙烯酸丁酯的反应在第二酯化反应器B 区内完成，反应后的粗液进入后续系统提纯。

1.3 分析测试
6890型气相色谱，安捷伦、氢火焰离子热导检测，色谱柱长度为，面积归一化法定量。

2结果与讨论
2.1工艺条件对酯化反应的影响
2.1.1压力
一般来说，液体的沸点虽压力的降低而降低，尤其对丙烯酸类化合物，在低温条件下可以有效的避免聚合反应的发生，所以压力越低效果越好，考虑到能耗等各方面问题，第一酯化反应器压力保持在51.3KPa、第二酯化反应器压力保持在33.2KPa比较合适。

2.1.2 温度
在第一酯化反应器压力为51.3KPa、第二酯化反应器压力为33.2KPa，n(丙烯酸)/n(丁醇)=1：1.2，催化剂加入量为100kg/h的条件下，温度对酯化反应的影响如图2所示。

由图2可以看出，丙烯酸的转化率虽温度的升高而增加，而丁氧基丙酸丁酯的量在超过100℃时也开始增加，聚合反应随反应温度的提高而加剧，由于聚合物会对后续系统的
机泵和冷换设备造成严重影响，结果表明，最佳反应温度为99.0℃。

2.1.2醇酸摩尔比
对于可逆反应来说，增加反应物的浓度，有利于反应向正方向进行。

丙烯酸和丁醇的反应，理论上任何一种物料过量后，都有利于反应向正方向移动，考虑到生产成本的因素，因为丙烯酸过量后，多余的丙烯酸无法回收，需要在后续系统中和掉，成本较高；而丁醇过量后，剩余的丁醇可以通过精馏塔回收利用，降低成本。

因此，在优化醇酸摩尔比的条件时，只考虑丁醇比丙烯酸过量。

在第一酯化反应器压力为51.3KPa、第二酯化反应器压力为33.2KPa，反应温度催化剂加入量为100kg/h的条件下，反应温度为96℃时，醇酸摩尔比对酯化反应的影响如图3所示。

由图3可以看出，丙烯酸在第一反应器内的转化率明显提高，说明反应速率加快；但是二反出口中丁氧基丙酸丁酯含量随摩尔比增加而增加，丁醇的过量会和丙烯酸丁酯发生副反应。

结果表明，最佳摩尔配比为。

2.1.3催化剂加入量
对于化学反应本身来说，催化剂并不参加反应，理论上来说催化剂加入量大时催化效果较好。

本工艺所使用的催化剂为对甲苯磺酸的丁醇溶液，在反应完成后需要用水对其进行萃取回收，由于对甲苯磺酸在水中的溶解度较低，回收催化剂需要的能耗较高。

在第一酯化反应器压力为51.3KPa、第二酯化反应器压力为33.2KPa，反应温度为96℃时，n(丙烯酸)/n(丁醇)=1：1.2时，对甲苯磺酸的加入量对酯化反应的影响如图4所示。