基本化工工艺学作业——乳酸乙酯.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,目 录,简介,性能,制备方法及工艺 条件,用途,简 介,别名：2-羟基丙酸乙酯,英文名：Ethyl Lacate,结构式：,CH,3,CHCOOC,2,H,5,分子式：,C,5,H,10,O,3,相对分子质量：118.13,OH,性 能,乳酸乙酯具有无毒、可生物降解、溶解性好等特点，在工业上可以作为“绿色溶剂”取代目前使用的有毒有害的有机溶剂。乳酸乙酯天然存在于苹果、柑橘、菠萝等水果，以及啤酒、葡萄酒等酒类中，外观为无色透明液体，沸点（101.3 kPa）154.5，相对密度1.0348，易溶于醇、醚、酮及酯类，与水完全互溶并部分分解。,该工艺主要存在以下问题：,乳酸是典型的羟基酸，在与硫酸共热时会分解为乙醛和甲酸，与脱水剂共热时生成丙交酯，这些羟基酸所特有的副反应将大大降低乳酸乙酯的产率；,以硫酸作催化剂，设备腐蚀严重；,以苯或甲苯作为带水剂，产品中往往残留少量苯或甲苯，影响乳酸乙酯在食品等方面的应用。,化学法合成乳酸乙酯工艺,一、以乳酸为原料,均相催化,以固体金属氯化物作催化剂，用能与水和乙醇形成三元共沸物的乙酸乙酯 作带水剂。当醇酸摩尔比为1.81，催化剂用量为乳酸的1.52，带水 剂用量为理论量的0.7 倍，先全回流反应1h，再分水酯化2.53 h，产率为6571。,该方法用无毒的乙酸乙酯作带水剂，因而产品可用于食品工业，但催化剂不能回收利用，产率不高。,以天然原料合成乳酸乙酯的方法，先将粮食发酵产物的乳酸按常规方式加热制备成乳酸内酯，再与粮食发酵产物的乙醇混合，在三氯化铝络合型催化剂存在下催化酯化，产率达87%，,该方法以生物质为原料是一大亮点，但该方法仍未解决催化剂回收利用问题。,以乳酸为原料均相催化,以对甲苯磺酸为催化剂，用沸石A 膜为渗透蒸发膜脱出反应体系中的水，并 与不用渗透蒸发膜的实验进行了比较，结果表明产率有较大提高，反应3 h 后，产率能超过90%。,该方法虽然产率有所提高，但催化剂不可回收，有一定腐蚀。,以浓硫酸为催化剂，以分子筛为干燥剂，反应温度为100，醇酸摩尔比大于2.5 条件下，合成的乳酸乙酯产率为95%。该方法的优点是，使用乙醇作带水剂，反应生成的水与乙醇形成共沸物蒸出后经过分子筛干燥剂除水，除水后的乙醇回流到反应器中，,但缺点是使用的仍然是浓硫酸作催化剂,。,以天然原料合成乳酸乙酯的方法，先将粮食发酵产物的乳酸按常规方式加热制备成乳酸内酯，再与粮食发酵产物的乙醇混合，在三氯化铝络合型催化剂存在下催化酯化，产率达87%，,该方法以生物质为原料是一大亮点，但该方法仍未解决催化剂回收利用问题。,以乳酸为原料非,均相催化,均相催化,以混合使用的3 种酸性化合物为催化剂：氢型强酸性树脂、丙三醇（或乙二醇）与硼酸的络合物以及磷酸二氢钠（或磷酸氢二钠），其质量比为1（0.51.0）（0.10.2），反应时间为2325 h，产率达97.2%，,此法的优点是产率高，缺点是反应时间较长。,用HY 型固体酸为催化剂，在酸醇摩尔比为13，,n,（HY）/,n,（酸）=（1130）100，反应温度100160，反应810 h 条件下，产率为60%以上。,该方法较一般酸催化污染少，催化剂可回收，后处理简单，但产率较低，反应时间较长。,在SO42/La2O3-TiO2 的催化下，以氧化钙为脱水剂，采用索氏提取器进行回流脱水。结果表明，加入脱水剂和带水剂可以显著提高产率。适宜反应条件为：SO42/La2O3-TiO2 中La3+浓度为0.07mol/L，陈化14 h，在450 下焙烧3 h；醇酸(摩尔比)=21，催化剂用量为乳酸质量的2.0%，带水剂苯25 mL/0.1 mol 乳酸，反应3 h 时，产率达84.2%。,以磁性固体超强酸SO42/ZrO2-Fe3O4为催化剂，采用催化精馏工艺合成乳酸乙酯，,一次循环产率较强酸性阳离子交换树脂为催化剂时有较大提高,，达到51.64%，其工艺流程见图,反应精馏合成乳酸乙酯流程图,1乙醇槽；,2乳酸槽；,3冷凝器；,4温度计；,5试样瓶；,6回流比控器；,7压力表；,8塔底存料器；(AH)进料口或测温点,化学法合成乳酸乙酯工艺,二、以乳酸铵为原料,由乳酸铵合成乳酸乙酯，在工业上不需要先将乳酸盐转化为游离的乳酸，可以缩短生产流程，降低生产成本，同时乳酸铵为中性原料，反应器和各种配管不需要钛制或玻璃等耐酸材料，因此设备投资少。,以二氧化碳为催化剂，以乳酸铵和乙醇为原料合成乳酸乙酯的方法，反应压力为1200 atm（1 atm=101.325 kPa），温度为160180，乙醇乳酸铵为(11)(101)，产率为72%，,该方法缺点是压力和温度较高,。,在不使用催化剂的情况下，以分子筛等为干燥剂，以氮气或其它惰性流体为载体把反应生成的氨气带出，产率达40%。,该方法的优点是节省了催化剂，以乙醇代替苯为带水剂，但缺点是反应时间较长，为90100 h，产率还较低，并且氨气和惰性气体还存在分离问题。,利用渗透蒸发技术，从乳酸铵发酵液直接合成乳酸乙酯，该技术利用4-二甲氨基吡啶（DMAP）为催化剂，把反应和分离结合起来，膜只允许氨和水分子通过，提高反应的转化率，该项技术1998 年获得“美国绿色化学总统挑战奖”。,但该技术反应时间较长，约100 h 左右，且转化率很低，只有14.5%,采用自行设计的带分水头的反应精馏装置，以AlCl3 为催化剂，由乳酸铵直接合成乳酸乙酯，研究结果表明，该方法具有分水效果好、产品纯度高、操作简便等优点，产率为28.14%。比未带分水头的简单反应器25提高25.3%，其工艺流程图见图,两种不同原料的比较,以乳酸为原料酯化反应的产率相对较高，工业上也是以乳酸为原料生产的，工艺较成熟，但乳酸是由乳酸盐经酸化得到的，乳酸的价格一般要比乳酸盐高，该方法的关键一是开发活性高、成本低、可重复使用的催化剂；二是改进工艺，从化学平衡的角度提高反应的产率,以乳酸铵为原料可以不必先把乳酸铵转化为乳酸，而是直接合成乳酸乙酯，两步反应合为一步，缩短了工艺流程，但由于反应生成氨气，而酯化反应的催化剂一般都是酸性的，氨气会对催化剂的活性产生影响。该方法的关键一,是开发碱性催化剂和生物催化剂；二是改进工艺，使反应生成的氨及时排出反应体系。,生物法合成乳酸乙酯工艺,生物催化具有反应条件温和、选择性好、催化 剂活性高、无污染等优点，越来越受到人们的重视。,以脂肪酶N435（固定化于大孔丙烯酸树脂的南极假丝酵母脂肪酶B）为催化剂，首次尝试了用生物催化的方法合成乳酸乙酯，取得了令人鼓舞的结果，对反应条件进行了优化，当酸醇摩尔比为18、反应温度60、酸浓度0.3 mol/L、酶浓度45 g/mol、摇床转数200 r/min 时，乳酸乙酯产率达到77，酶重复使用6 次后产率仍然可达到60。,该法为乳酸乙酯的合成开辟了新的途径。目前尚未见国内外有相关报道。,化学法和生物法的比较,化学法,是传统的生产方法，反应温度较高，腐蚀、污染严重，催化剂成本相对较低，该方法开发新型催化剂和改进工艺是关键（如固体超强酸催化剂、反应和分离的耦合等）,生物法,具有反应条件温和、选择性好、活性高、无污染等优点，但催化剂成本相对较高。该方法的关键：一是通过微生物发酵生产新的脂肪酶催化剂；二是对现有的生物催化剂进行修饰和固定化。,用 途,乳酸乙酯,调配苹果、凤梨、,焦糖、乳香等,香型的实用香精,硝化纤维和乙酸,纤维的溶剂,人造珍珠类的,高级溶剂,经高锰酸钾氧化,可制得丙酮酸乙酯，,该酯可用于有机合成,经氧化、溴化,得溴代丙酮,酸乙酯，用于,药物心得静的,合成,发展趋势,降低生产成本,开发绿色环保的技术路线,加强政策导向，提高人们的环保意识,谢谢！,