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环氧氯丙烷是重要的化工原料,其主要合成方法有丙烯高温氯化法和醋酸丙烯酯法。随着生物柴油在世界范围的大规模产业化,副产的甘油产量不断增加,甘油的开发应用成为国内外研究的热点。本课题在查阅国内外文献的基础上,对以甘油合成环氧氯丙烷的方法进行了研究。
以95%工业甘油、无水氯化氢为原料,通过氯化反应合成了二氯丙醇,考察了催化剂的种类及其用量、催化剂的加入方式、原料配比、反应时间、反应温度等对二氯丙醇收率的影响。以醋酸为催化剂,合适的反应条件如下:醋酸一次性加入反应体系,加入量为甘油质量的10%,反应物摩尔比n甘油:n氯化氢=1:3.14,反应温度维持在110℃,同时蒸出反应过程中生成的水,反应后期适当提高温度,但不超过120℃,反应时间为10h。当反应液密度达到1.30~1.31g·cm-3,结束反应。反应产物经减压蒸馏,收集80~120℃馏分(真空度为35 mmHg),得到二氯丙醇,收率为85.2%(以100%甘油计)。经气相色谱分析,二氯丙醇纯度为98.3%。蒸馏残液中含有的3-氯丙二醇及未反应的甘油,返回氯化反应器进行再氯化,残液循环利用3次,得到4次氯化的平均收率为89.5%,二氯丙醇的收率比单独一次氯化时提高了4%左右。若以己二酸为催化剂,合适的反应条件为:己二酸一次性加入反应体系,加入量为甘油质量的6%,反应温度维持在120℃,反应后期适当提高温度到125℃,反应时间为8h,当反应液密度达到1.31~1.32 g·cm-3,停止反应。反应产物经减压蒸馏,收集与以上相同条件下的馏分,得到二氯丙醇,收率为87.4.%(以100%甘油计),纯度为98.5%。
二氯丙醇与水的混合液(m/m,3/1)与碱液进行环化反应制得环氧氯丙烷,考察了碱的种类、浓度及其用量、反应温度、反应时间等对环氧氯丙烷收率的影响,实验结果表明:在环化过程中,选择质量分数为30%氢氧化钠溶液作为环化试剂,n=氯丙醇:n氢氧化钠=1:1.15,反应温度维持在75℃,边滴加碱液边将生成的环氧氯丙烷从反应器中蒸出,反应压力为260~300 mmHg,碱液于40min内全部加完,再反应30min即停止反应。在此条件下,环氧氯丙烷的收率为81.5%。反应产物通过干燥处理,经GC和GC-MS分析,环氧氯丙烷的纯度为96.6%,其中含有3.11%的1,3-二氯-2-丙醇。对环氧氯丙烷共沸出来的水进行循环利用,环氧氯丙烷的收率比单独一次的环化收率提高了4.3%。
用以上的实验方法和实验条件,甘油法制备环氧氯丙烷的总收率在72~75%(以100%甘油计)。