專利名稱：一種2，2-二羥甲基丙酸的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于二羥甲基丙酸技術領域，具體涉及一種2，2_ 二羥甲基丙酸的制備方法。
背景技術：
2，2-二羥甲基丙酸是一種多用途的有機原料，在水性聚氨酯制造中既是擴鏈劑，又能使聚氨酯獲得自乳化性能，可制成穩(wěn)定性優(yōu)良的自乳化性水性聚氨酯；還用于制備聚氨酯水乳液型皮革涂飾劑，是傳統(tǒng)的水乳性聚丙烯酸酯皮革涂飾劑的升級換代產(chǎn)品；還可用作改進聚酯樹脂的添加劑，用作制造光敏樹脂和液晶的原料等。目前國內(nèi)外合成2，2_二羥甲基丙酸的方法主要有以下三種:一是甲乙酮與甲醛縮合再氧化；二是甲基丙烯醛與甲醛縮合再氧化；三是正丙醛與甲醛縮合再氧化。公開號為CN 1369475A的專利“二羥甲基羧酸的生產(chǎn)”，是以三羥甲基烷和甲醛反應制備具有縮甲醛保護基的環(huán)縮甲醛，然后用硝酸作為氧化劑氧化環(huán)縮甲醛制備環(huán)羧酸，隨后環(huán)羧酸進行裂化脫去縮甲醛保護基，制備二羥甲基羧酸。此方法雖然改進了反應的選擇性，但以昂貴的三羥甲基烷為原料會導致反應流程過長，不具有經(jīng)濟價值。以三羥甲基乙烷做原料制備2，2- 二羥甲基丙酸為例，三羥甲基乙烷是甲醛和正丙醛縮合生成2，2- 二羥甲基丙醛后再經(jīng)加氫還原制得，此方法將還原之后的產(chǎn)品再氧化，既不經(jīng)濟又不環(huán)保，在工業(yè)上不實用。授權公告號為CN 101240425 B的專利“電化學法制備2，2_ 二羥甲基丙酸工藝”，采用電化學法直接或間接氧化2，2- 二羥甲基丙醛制備2，2- 二羥甲基丙酸，此種方法不需要外加氧化劑，可大大節(jié)省能源，減少污染，是一種綠色的環(huán)境友好的工藝方法。但是其析氧量較多，生成的氧氣易阻止電極表面擴散，導致電流效率較低；其反應需要在強酸性條件下進行，對設備的要求也極高，其轉化率與選擇性較低，因此同樣也不具有工業(yè)化價值。授權公告號為CN 101381300 B的專利“一種2，2-二羥甲基丙酸的合成方法”，是以甲醛和正丙醛為原料，在堿性催化劑作用下進行羥醛縮合反應，再經(jīng)雙氧水氧化后得到產(chǎn)物。但該反應為間歇反應，在輕醒縮合反應中催化劑是在反應前加入，隨著反應的進行，PH值會逐漸降低，原料濃度也逐漸降低，導致反應速率下降，反應選擇性降低。所以該方法還不是最理想的方法?，F(xiàn)階段工業(yè)化生產(chǎn)2，2_ 二羥甲基丙酸多是以正丙醛與甲醛縮合再氧化的方法，都以間隙法工藝生產(chǎn)，而間隙法生產(chǎn)工藝存在以下弊端:一是生產(chǎn)工藝不好控制，工藝優(yōu)化程度差，產(chǎn)品能耗大，污染物排放嚴重；二是設備占地面積大，生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品收率低，工人勞動強度大，生產(chǎn)成本高；三是擴產(chǎn)不容易。上述存在的弊病在實際的生產(chǎn)中未能得到解決。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種2，2-二羥甲基丙酸的制備方法，一是能在在羥醛縮合反應中穩(wěn)定PH值和反應速率；二是能使工藝容易優(yōu)化和控制，降低產(chǎn)品能耗，減少污染物排放；三是提高產(chǎn)品收率，降低工人勞動強度，降低生產(chǎn)成本；四是擴產(chǎn)容易。上述發(fā)明的目的是通過以下的技術方案實現(xiàn)的:一種2，2_ 二羥甲基丙酸 的制備方法:包括:
A.將催化劑、正丙醛溶液和甲醛溶液加入到混合器中混合成為混合液，然后混合液進入一連續(xù)管道反應器進行縮合反應，其要點在于:
B.物料按摩爾比例為:催化劑與正丙醛的摩爾比為0.0r0.1，甲醛與正丙醛的摩爾比為2 100 ;物料經(jīng)過連續(xù)管道反應器完成縮合反應的液體進入中間釜，加甲酸中和，攪拌10 20分鐘，pH值調至6 7，蒸餾；甲酸與正丙醛的摩爾比為0.0r0.05 ；
C.蒸餾之后的液體與雙氧水抽入到另一混合器中混合，然后混合液進入另一連續(xù)管道反應器反應；雙氧水與正丙醛的摩爾比為0.8:T2:1 ；
D.經(jīng)過另一連續(xù)管道反應器進行氧化反應的液體進入濃縮釜，濃縮至水分在I%以下，冷卻結晶得粗品；
E.將上述粗品在精制釜中加水精制，重結晶得精品，再烘干，粉碎，過篩得2，2-二羥
甲基丙酸產(chǎn)品。作為優(yōu)選，所述的混合器為Y型混合器，Y型混合器包括直管和斜管，所述的斜管
和直管呈45° 50°夾角。作為優(yōu)選，所述的 連續(xù)管道反應器既能豎放，又能橫放，其包括做成盤管狀、外力口
夾套的管道。作為優(yōu)選，所述的另一個混合器為V型混合器，V型混合器包括兩根斜管和直管，所述的兩斜管呈50°飛0°夾角。作為優(yōu)選，反應條件:一連續(xù)管道反應器控制溫度在1(T90°C ;另一管道反應器控制溫度在5(T80°C ;在權利要求1的E步反應中，加水重量不超過加入粗品重量的1.4倍。作為優(yōu)選，所述的催化劑為無機堿或有機胺類。作為優(yōu)選，所述的無機堿為氫氧化鈉，所述的有機胺類為三乙胺。作為優(yōu)選，所述的甲醛為甲醛質量百分含量2(T40%的水溶液；正丙醛為正丙醛質量百分含量97、9%的水溶液；雙氧水為過氧化氫質量百分含量25 30%的水溶液；甲酸濃度為3 7%
作為優(yōu)選，所述的甲醛為甲醛質量百分含量37%的水溶液；正丙醛為正丙醛質量百分含量98%的水溶液；雙氧水為過氧化氫質量百分含量27%的水溶液；甲酸為甲酸質量百分含量5%的水溶液。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下積極效果:
一是甲醛和正丙醛的縮合反應采用連續(xù)反應，與在間歇釜里反應相比，使反應溫度穩(wěn)定，能獲得最佳反應溫度，且PH值穩(wěn)定，提高反應速度和質量，縮短反應時間，節(jié)約能耗，減輕工人勞動強度；
二是經(jīng)縮合反應生成的2，2- 二羥甲基丙醛的氧化反應也是采用連續(xù)反應，與間歇反應相比，反應溫度穩(wěn)定，反應速度和質量提高，反應時間縮短，能耗降低，工人勞動強度減輕；
三是由于本制備方法中縮合反應和氧化反應均采用連續(xù)反應，使得反應容易優(yōu)化，實現(xiàn)自動化控制容易；
四是由于本制備方法中縮合反應和氧化反應均采用連續(xù)反應，使得擴產(chǎn)十分容易，而且與間歇法相比設備占地面積大幅度下降；
五是由于將連續(xù)管道反應器中反應好的物料進行蒸餾，去除了其中殘留的甲醛等物料，降低雙氧水的使用量，同時降低甲醛氧化物的排放，因此，總的污染物排放大幅度降低。
圖1:工藝流程方框圖 圖2:Y型混合器結構示意圖
圖3:連續(xù)管道反應器結構示意圖 圖4:V型混合器結構示意圖。
具體實施例方式實施例一:
下面根據(jù)圖1所表示的工藝流程方框圖，采用圖2、圖3、圖4所表示的設備進行第一個實施例的生產(chǎn)，以便對本發(fā)明進行詳細說明:
(1).在一個1500L的不銹鋼攪拌釜中，加入1000L水，再加入催化劑
氫氧化鈉固體10kg，開攪拌機溶解；在一個2000L的高位槽中加入1200kg質量百分含量37%的甲醛溶液；在一個1000L的高位槽中加入320kg質量百分含量99%的正丙醛；催化劑氫氧化鈉與正丙醛的摩爾比為0.046，甲醛與正丙醛的摩爾比為2.71 ；
(2).啟動與上述(I)所述·的1500L不銹鋼攪拌釜、2000L的高位槽和1000L
的高位槽三臺容器配套的計量泵，經(jīng)計量泵的液體先進入Y型混合器I混合，再進入連續(xù)管道反應器2進行縮合反應。連續(xù)管道反應器2的夾套溫度為17°C ；Y型混合器斜管3和直管4呈48°夾角。三臺容器的液體同時被配套的三臺計量泵抽光。(3).經(jīng)過連續(xù)管道反應器2進行縮合反應的液體被抽到3000L的攪拌釜
里，加入12kg質量百分含量5%的甲酸溶液中和，攪拌20分鐘，pH值調至7，然后蒸餾即精餾；同時在一個1000L的高位槽中加入730kg質量百分含量27%的雙氧水溶液；雙氧水與正丙醛的摩爾比為1.06;
(4).同時啟動與上述(3)中所述的3000L攪拌釜、1000L高位槽配套的計量泵，經(jīng)計量泵的液體先進入V型混合器5，再進入另一個連續(xù)管道反應器2進行氧化反應，另一個連續(xù)管道反應器2的夾套溫度為80°C ；V型混合器5兩斜管6呈60°夾角
(5).經(jīng)過另一個連續(xù)管道反應器2完成氧化反應的液體被抽到3000L的攪拌釜里，進行濃縮，濃縮至水分不超過0.99%，并冷凍結晶得2，2- 二羥甲基丙酸粗品；
(6).將2，2-二羥甲基丙酸粗品加入精餾釜精制，重結晶，出料，離心甩干，烘干，粉碎過篩得2，2- 二羥甲基丙酸產(chǎn)品。實施例二:
下面根據(jù)圖1所表示的工藝流程方框圖，采用圖2、圖3、圖4所表示的設備進行第二個實施例的生產(chǎn)，以便對本發(fā)明進行進一步詳細說明:
⑴分別將質量百分含量30%的甲醛溶液、三乙胺催化劑和質量百分含量99%的正丙醛溶液用泵打Y型混合器1，再進入連續(xù)管道反應器3進行縮合反應，用流量計控制三者的質量流量分別為3000kg/hr、4kg/hr和100kg/hr，它們之間的摩爾比例為:17.4:0.023:1，連續(xù)管道反應器2的反應溫度為35-40°C ；Y型混合器I斜管3和直管4呈48°夾角；
⑵經(jīng)連續(xù)管道反應器2進行縮合反應后的反應液不進行中和，直接被抽到精餾裝置進行精餾，將未反應的甲醛和正丙醛以及催化劑三乙胺和副產(chǎn)物分離出來，塔底得2，2- 二羥甲基丙醛；
⑶將上述(2)得到的2，2- 二羥甲基丙醛與質量百分含量20%的雙氧水溶液打入V型混合器5，再進入另一個連續(xù)管道反應器3進行氧化反應，用流量計控制雙氧水溶液的質量流量為400kg/hr，雙氧水與原料正丙醛的摩爾比例為:1.36:1。另一個連續(xù)管道反應器2的夾套溫度為60°C ；V型混合器5兩斜管6呈60°夾角；
⑷經(jīng)過另一個連續(xù)管道反應器2完成氧化反應的液體被抽到攪拌釜中進行濃縮，濃縮至水分不超過0.99%，冷凍結晶得2，2- 二羥甲基丙酸粗品；
(5)將2，2- 二羥甲基丙酸粗品加入精餾釜精制，重結晶，出料，離心甩干，烘干，粉碎過篩得2，2-二羥 甲基丙酸產(chǎn)品。
權利要求
1.一種2，2-二羥甲基丙酸的制備方法:包括: A.將催化劑、正丙醛溶液和甲醛溶液加入到混合器中混合成為混合液，然后混合液進入一連續(xù)管道反應器進行縮合反應，其特征在于: B.物料按摩爾比例為:催化劑與正丙醛的摩爾比為0.0f0.1，甲醛與正丙醛的摩爾比為2 100 ;物料經(jīng)過連續(xù)管道反應器完成縮合反應的液體進入中間釜，加甲酸中和，攪拌10^20分鐘，pH值調至6 7，蒸餾；甲酸與正丙醛的摩爾比為0.0r0.05; C.蒸餾之后的液體與雙氧水抽入到另一混合器中混合，然后混合液進入另一連續(xù)管道反應器反應；雙氧水與正丙醛的摩爾比為0.8 2:1 ; D.經(jīng)過另一連續(xù)管道反應器進行氧化反應的液體進入濃縮釜，濃縮至水分在I%以下，冷卻結晶得粗品； E.將上述粗品在精制釜中加水精制，重結晶得精品，再烘干，粉碎，過篩得2，2-二羥甲基丙酸廣品。
2.根據(jù)權利要求1所述的2，2-二羥甲基丙酸的制備方法，其特征在于，所述的混合器為Y型混合器，Y型混合器包括直管和斜管，所述的斜管和直管呈45°飛0°夾角。
3.根據(jù)權利要 求1所述的2，2-二羥甲基丙酸的制備方法，其特征在于，所述的連續(xù)管道反應器既能豎放，又能橫放，其包括做成盤管狀、外加夾套的管道。
4.根據(jù)權利要求1所述的2，2-二羥甲基丙酸的制備方法，其特征在于，所述的另一個混合器為V型混合器，V型混合器包括兩根斜管和直管，所述的兩斜管呈50°飛0°夾角。
5.根據(jù)權利書要求I所述的一種2，2-二羥甲基丙酸的制備方法，其特征在于反應條件:一連續(xù)管道反應器控制溫度在1(T9(TC ;另一管道反應器控制溫度在5(T80°C ;在權利要求I的E步反應中，加水重量不超過加入粗品重量的1.4倍。
6.根據(jù)權利要求1所述的2，2-二羥甲基丙酸的制備方法，其特征在于，所述的催化劑為無機堿或有機胺類。
7.根據(jù)權利要求6所述的2，2_二羥甲基丙酸的制備方法，其特征在于，所述的無機堿為氫氧化鈉，所述的有機胺類為三乙胺。
8.根據(jù)權利要求1所述的2，2-二羥甲基丙酸的制備方法，其特征在于，所述的甲醛為甲醛質量百分含量2(T40%的水溶液；正丙醛為正丙醛質量百分含量97、9%的水溶液；雙氧水為過氧化氫質量百分含量25 30%的水溶液；甲酸濃度為3~7%。
9.根據(jù)權利要求8所述的2，2-二羥甲基丙酸的制備方法，其特征在于，所述的甲醛為甲醛質量百分含量37%的水溶液；正丙醛為正丙醛質量百分含量98%的水溶液；雙氧水為過氧化氫質量百分含量27%的水溶液；甲酸為甲酸質量百分含量5%的水溶液。
全文摘要
一種2，2-二羥甲基丙酸的制備方法,屬于二羥甲基丙酸技術領域。它包括A、將催化劑、正丙醛溶液和甲醛溶液加入到混合器中混合成為混合液，然后混合液進入一連續(xù)管道反應器進行縮合反應，其特征在于B、物料按摩爾比例為催化劑與正丙醛的摩爾比為0.01~0.1，甲醛與正丙醛的摩爾比為2~100；物料經(jīng)過連續(xù)管道反應器完成縮合反應的液體進入中間釜，加甲酸中和，蒸餾；C、蒸餾之后的液體與雙氧水抽入到另一混合器中混合，然后混合液進入另一連續(xù)管道反應器反應；D、進入濃縮釜濃縮，冷卻結晶得粗品；E、在精制釜中加水精制，重結晶得精品。本發(fā)明節(jié)約能耗，減輕工人勞動強度，實現(xiàn)自動化控制容易、占地面積少，污染物排放大幅度降低。
文檔編號C07C59/105GK103242154SQ20131015057
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月27日 優(yōu)先權日2013年4月27日
發(fā)明者程邁, 張文峰, 鄭敏秀, 李平 申請人:杭州同禾化工技術開發(fā)有限公司