乙酸丁酯的合成与精制实验方案

乙酸丁酯的合成与精制实验方案

产生的废水多，污染环境，给环境保护带来很大的压力。

随着人们充分利用资源、简化工艺流程、提高经济效益、保护生存环境的意识不断增强和环保法规的日益完善，用环境友好催化剂替代浓硫酸催化合成酯类化合物已成为探索方向。

对于乙酸正丁酯合成实验方案的改进中，绝大多数还是以酸、醇为原料的，只是所采用的催化剂不同而已，但是大多数均为固体酸。先将所查到的文献的部分方案简要叙述如下：

①蔡新安[2]等人利用廉价易得的硫酸氢钾催化剂来制备乙酸正丁酯，酯化产率较高，催化剂可重复使用，后处理简单，效果良好。硫酸氢钾是一种廉价、易得、稳定的无机酸性晶体，能够催化合成乙酸正丁酯。由于它难溶于有机反应体系，因而对设备的腐蚀性小，酯化率高，能够重复使用，是替代硫酸催化合成乙酸正丁酯的良好催化剂，适合工业化生产。研究得出的最佳条件为：正丁醇的用量为0.25mol，醇酸摩尔比为1:1.3，催化剂用量为反应物总质量的3%，在此条件下最高产率为86.83%。

②柳艳修[3]等人在微波辐射的作用下研究了HZSM-5分子筛催化剂的多相催化酯化法合成乙酸正丁酯的反应，探讨了催化剂用量、微波辐射的功率、微波辐射的时间、和吸水剂用量对反应的影响。结果表明：在酸醇体积比为1.6时，HZMS-5分子筛催化剂为0.094g/ml（以乙酸计），微波辐射功率为640W，微波辐射时间为30min吸水机（氯化钙）为0.375g/ml（以乙酸计），酯的收率可以达到98.7%。

③冯桂荣[4]等以乙酸和正丁醇为原料，分别以浓硫酸、三氯化铁和固体超强酸SO4/Fe2O3为催化剂合成乙酸正丁酯。利用正交设计法，通过极差分析，探讨了催化剂种类、醇酸摩尔比和酯化时间及它们之间的交互作用对酯的收率的影响。实验结果表明较好的催化条件是：醇酸物质的量比为2时，催化剂为固体超强酸SO4/Fe2O3，酯化时间为2h，其酯的收率可达93.5%。

④尹彦冰[5]等人研究了以乙酸和正丁酯为原料，磷钼钒杂多酸为催化剂合成乙酸正丁酯的反应，考察了原料醇酸物质的量比、反应时间、反应温度、等因

素对酯化反应的影响，经过试验确定了合成乙酸正丁酯的较佳工艺条件，醇酸物质的量比为 1.2:1，磷钼钒杂多酸催化剂用量为反应总量的0.6，反应时间为85min ，反应温度为115℃，在此条件下，乙酸正丁酯的收率为93%~95%。

关于乙酸正丁酯的合成，方案远不止这些，还有催化精馏合成乙酸正丁酯、以硫酸改性煤基活性碳为催化剂、以离子液体、PVC-PP 吸附金属离子催化合成乙酸正丁酯等。

我们小组决定采用如下方法合成与精制：以乙酸、丁醇为原料，采用硫酸氢钾作催化剂，在油浴加热的情况下合成乙酸正丁酯。

33233233)()(CH CH COO CH OH CH CH COOH CH −−−→−+∆、催化剂

该反应是可逆反应，为使平衡向生成酯的方向移动，可以使反应物（酸或醇）之一过量，或将生成物（酯或水）从反应体系中及时除去，或者两者兼用。若使酸（醇）过量，虽然醇（酸）转化率提高，但是酸（醇）转化率会降低，因此这种方法可以根据原料的经济性选择哪一种原料过量，因乙酸比丁醇便宜，同时考虑精制时乙酸较好被除去，故在此选用酸醇配比约为1.3:1。

因为酯化反应要生成产物水，水对反应的进行程度有很大的影响，故在反应的同时要除掉水。在此用分水器将生成的水通过共沸混合物初步除去，这样可以移走反应产生的水增大反应的转化率。

精制原理：合成反应得到的粗酯产品中，除了大量含有产物乙酸正丁酯外，还有少量的水、正丁醇、乙酸、可能的副反应产物和反应杂质。需要进一步分离提纯。

通过饱和碳酸钠溶液洗涤除去乙酸，再用饱和食盐水洗涤降低丁醇在酯中的溶解度，然后用无水硫酸镁除去可见水，最后通过蒸馏来得到较纯的产品。本实验由于目标产物乙酸正丁酯的沸点高于体系中其他所有物质，因此可以用蒸馏的分离方法得到纯度更高的乙酸正丁酯。

表1为我国乙酸正丁酯的国家标准（GB3728-91）[6]

表1 我国乙酸正丁酯的国家标准（GB3728-91）指标名称优等品一等品合格品色度（铂-钴），号

≤

10 10 20

密度，（20℃），g/cm30.878-0.8

83

0.878-0.8

83

0.820-0.

883

乙酸正丁酯含量，

% ≥

99.2 98.0 96.0

水分，%

≤

0.10 0.20 0.40 酸度（以

CH3COOH计），

% ≤

0.004 0.005 0.010

蒸发残渣，%

≤

0.002 0.005 0.010

主要物理性质：

1）主要反应物、产物的物理常数[7]

表2 各物质性质表

名密熔沸折分子性质

称度

/(g/

ml) 点

/℃

点

/℃

光

率

量

/(g/m

ol)

乙酸1.04

92

16.6

117.

9

1.37

15

60.15

无色透明，

刺激性酸臭

正

丁醇0.81

-88.

9

117.

5

1.39

91

74.12

微溶于水，溶

于乙醇、醚

多数有机溶

剂

乙酸

正丁酯0.88

2

-73.

5

126.

1

1.39

41

116.1

6

微溶于水，溶

于醇、醚等多

数有机溶剂

硫

酸氢钾2.24

5

197

分

解

136.1

7

白片状或粒

状结晶，易吸

湿，低毒

2）正丁醇、乙酸正丁酯和水形成的几种恒沸化合物：