甘油法制备环氧氯丙烷工艺过程研究
环氧氯丙烷也叫作表氯醇, 在常温状态下是呈现液体状态。在物性上, 其无色透明、有刺激性气味, 性质不稳定, 很容易在空气中挥发。化学分子式为C3H5OCl, 在溶解性方面, 它少量溶于水, 很容易溶于乙醇等一些有机溶剂。
1 环氧氯丙烷的用途
环氧氯丙烷是一种重要的化工产品生产原料, 应用范围十分广阔。其中主要应用于制造化学品行业提高造纸质量, 皮革化学品染色以及高质量橡胶的制造, 该种橡具有耐油、耐热和耐腐蚀等优点。
1.1 环氧氯丙烷在造纸化学品的应用
在环氧氯丙烷类造纸化学品中, 由环氧氯丙烷制成的聚酞胺多胺-环氧氯丙烷树脂, 简称PAE, 其使用效果明显, 其加入的量少就可以达到很好的效果。同时, 在这类造纸化学品中不含比如甲醛等的有毒有害物质, 因此, 这类化学品在国内造纸化学品行业倍受青睐, 应用十分广泛。PAE是近年来应用广的增加湿度的高效化学药剂, 是一种溶于水的带阳性离子的树脂, 没有气味, 也没有毒性, 特别经常用于呈中性和碱性的抄纸中。加入该化学试剂后, 不会影响纸产品的柔性与软度以及吸收性, 所以, 其主要用于增加湿度, 同时有助于过滤。PAE, 又是一种新生产的可抗水的药剂, 有助于保证生产出来的纸的使用性能, 可提高纸张的印刷质量。所以, 环氧氯丙烷类造纸添加剂在造纸工业需求量非常大, 很大程度上降低纸张生产成本, 在这方面的应用前景非常广阔。
1.2 环氧氯丙烷在皮革化学品的应用
皮革化学品特点鲜明, 其专用性高, 专剂专用不可互用, 所以, 皮革化工原料的制造要求非常高, 产生的利润也就比较高。染色在皮革制造过程中是重要的步骤, 为了保证皮革染色达到高质量要求, 需要在皮革中加入染色助剂, 使皮革染色均匀, 同时皮革着色牢固。皮革染色化学试剂主要是用于固色作用的药剂和保证均匀染色的药剂。目前, 皮革染色药剂主要呈酸性, 所以, 我们用阳离子化合物作为固定染色的药剂, 在阳离子染色药剂中, 主要使用的是氮的化合物及其衍生物。在国外, Wittt提出了“助色团”和“发色团”的理论, 在该理论中, -NHR、-NR2和-NH2氨基基团有助于染色, 所以, 固色剂和均染剂中均含有氨基基团, 氨基不仅可以起到染色、固定染色的作用, 还可以让皮革染色的饱满。阳离子固色剂DA, 大量用于皮革的染色固定, 可提高染色质量, 大大节约了染料, 降低了生产成本, 还可以使皮革看起来更加吸引人, 更受欢迎。
2 环氧氯丙烷的生产技术
目前, 环氧氯丙烷的现有的生产技术工艺主要为石油产品生产路线和甘油法生产路线。现有的主要工业的生产方法为石油产品生产路线, 其技术较为成熟, 但是存在较为明显的缺点, 反应过程需要较高的温度, 并且副产物比较多, 同时, 石油产品对设备腐蚀比较严重, 反应过程中, 使用到的催化剂也是造价比较昂贵, 这样增加了生产的成本。
2.1石油产品生产路线
环氧氯丙烷的石油产品生产路线主要有两种方法, 分别为丙烯高温氯化法和醋酸丙烯酯法, 前者使用时间比较长久, 是世界上应用得比较多的技术。后者目前应用较少, 但是发展前景比较好, 具有很大的发展潜力。
丙烯高温氯化法主要分为三个步骤, 第一, 把丙烯放在容器中, 在500℃的环境下氯化, 主要产物是氯丙烯, 产生的副产物是D-D混剂。在此反应中温度为影响反应的主要因素, 同时要保证丙烯与氯气比例适当, 混合要均匀。因为在该反应中, 温度过低, 反应不彻底, 产率会大大降低, 温度过高的情况下会导致“结碳”现象。第二, 氯气通入水中, 发生化学反应生成次氯酸, 次氯酸与氯丙烯反应产物是二氯丙醇, 在该步骤中, 容易的酸度是影响反应的重要因素, 同时需要加大反应溶液的更换量。第三, 二氯丙醇与碱性溶液发生化学反应生成我们需要的产物环氧氯丙烷。
另外一种方法时醋酸丙烯醋法, 此种方法总共有四个步骤, 第一步, 丙烯在醋酸环境下, 在高效催化剂的作用下, 采用乙酰氧化技术, 产物为醋酸丙烯酯。第二步, 醋酸丙烯酯在容器中反应, 发生水解得到丙烯醇。第三步, 在该步骤中丙烯醇氯发生加成反应, 产物是二氯丙醇。第四步, 二氯丙醇发生化学反应, 最终产物为环氧氯丙烷。
2.2甘油法生产路线
甘油法生产环氧氯丙烷是一种较为传统的的生产方法, 技术成熟度高, 生产工艺也比较稳定。此种工艺流程可分为五个阶段, 第一, 生产氯化氢, 接着对氯化氢进行干燥;第二, 氯化。甘油和冰醋酸进行混合, 放置于反应容器中, 保持温度在90℃, 加入氯化氢气体, 反应后冷却;第三, 在反应液中加入氢氧化钠进行中和, 调节酸碱度, 分离二氯丙醇;第四, 进行反应, 得到环氧氯丙烷的粗产品;第五, 对环氧氯丙烷精馏操作, 得到精品。
3 甘油法制备环氧氯丙烷工艺技术
目前, 世界上的环氧氯丙烯需求量非常大, 在这样的大环境下, 甘油法制备环氧氯丙烷的生产方法得到更加广泛的应用, 此种方法需要加入专用的催化剂, 反应彻底, 废水少, 符合绿色生产的要求。甘油法生产环氧氯丙烷工艺主要分为氯化反应和环化反应。
3.1 氯化反应
氯化反应是一种亲核取代反应, 反应过程中产物有水生成, 水会影响反应速率, 所以在反应过程中, 反应温度需要控制在100℃以上, 让水蒸发排出, 同时反应容器需要减压。反应首先生成一氯丙二醇, 反应在较低温度下就开始进行, 但是, 一氯丙二醇需要较高温度才能氧化生成二氯丙醇, 二氯丙醇包括两种异构体1, 3-二氯丙醇和2, 3-二氯丙醇, 值得一提的是, 1, 3-二氯丙醇比较多, 一般占总的二氯丙醇五分之四以上。甘油和氯化氢在适量催化剂的催化下进行反应, 一般的催化剂是1-8个碳原子的梭酸或其衍生物。反应进行时需要特别注意反应的温度, 因为温度会很大程度上影响产物的产量和纯度, 同时, 也需要催化剂的选择, 保证反应高效进行。
3.2 环化反应
甘油法生产环氧氯丙烯第二个单元反应为环化反应, 该反应是二氯丙醇在碱性环境下, 同时借助催化剂, 脱去一分子氯化氢, 产物为环氧氯丙烷。在日常的生产工艺中, 使用容易获得Ca (OH) 2配成一定浓度的碱性溶液来提供进行环化反应的环境, 也是可以利用KOH和Na OH来代替Ca (OH) 2制成碱性溶液。Ca (OH) 2一般配置成质量分数为35%的乳状液体, 不能太浓, 太浓不容易混合, 也不能太稀, 否则反应无法保证高效进行。为了使二氯丙醇环化彻底, 所以在反应时, 需要配置过量的碱, 同时, 也是为了保证反应溶液呈碱性, 但是, 碱也不能过多, 不然会造成浪费直接影响产率。另外, 碱可以使用固体超强碱催化剂, 其是碱金属氧化物和碱土金属氧化物放置于载体上, 此种载体具有大量的孔, 可以放置氧化物, 碱金属与碱土金属比例要适合, 多孔性载体的用量也要合适, 准确计算, 载体最好是选用氧化铝, 这种催化剂催化效果好, 产物收率高, 质量好。
4 结语
综上所述, 甘油法生产环氧氯丙烷有着明显的优势, 一方面其工艺原料容易获得, 价格低廉, 可取代目前紧缺的丙烯, 工艺过程容易控制, 另外一方面, 其具有良好的市场竞争力, 能清洁生产, 符合环保要求, 具有很大的发展前景。
摘要：本文介绍了环氧氯丙烷的用途, 主要是应用于造纸化学品、皮革化学品行以及橡胶制造行业。介绍了环氧氯丙烷生产技术, 主要是石油产品路线法和甘油法最后重点阐述了甘油法制备环氧氯丙烷的工艺过程。
关键词：甘油法,环氧氯丙烷,工艺过程
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