[发明专利]一种常压下制备异佛尔酮的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用丙酮制备异佛尔酮的方法，特别是涉及一种丙酮在常压下通过缩合反应制备异佛尔酮的方法。

背景技术

异佛尔酮(Isophorone，ISO)是丙酮化学中的第一代衍生物，其化学名为3，5，5-三甲基-2-环乙烯-1-酮。分子式为C₉H₁₄O，分子量为138.21，外观为无色或淡黄色透明液体，具有较高沸点、很低吸湿性，其溶解能力、分散性、流平性好，是高分子材料的良好溶剂，可溶解硝化纤维素、丙烯酸酯、醇酸树脂、聚酯和环氧树脂等。由于其具有不饱和酮的结构，双键可进一步发生得到醇、酸、胺、酯及异氰酸酯等重要产品，在塑料、农药、医药、涂料等工业中具有广泛的用途。

异佛尔酮经加成、加氢、光气化可制得异氰酸酯，是聚氨酯涂料中重要的脂肪族异氰酸酯原料。异佛尔酮优良的溶解性，添加到短油度醇酸磁漆中，可提高其干性、硬度、耐油性。此外，还应用于软包装用复合薄膜、鞋用胶粘剂、磁带粘合剂、油墨等行业。

异佛尔酮优良的溶解性可作为农药的乳化用溶剂，可使农药的溶解度提高20％以上，另外还用于制备斯达姆-34除草剂，3，5-二甲酚杀虫剂等。

异佛尔酮的合成线路有两条，一条经由异丙叉丙酮与丙酮缩合制得，此工艺路线的优点是在常压和较低温度下进行，因此，它条件温和、操作简单、设备投资少，但因为原料价格较高、产品成本高、难以工业化推广应用，主要应用于实验室中；另一条经由丙酮缩合制得，即丙酮在碱性催化剂和水的存在下经醇醛缩合，然后经脱水、环化制得异佛尔酮。

丙酮缩合法又主要可以分为两种，即液相缩合法和多相催化缩合法。在高温下，碱催化丙酮三分子缩合生成异佛尔酮，丙酮在这种条件下，不仅仅发生三分子缩合反应，还发生双分子缩合及二次缩合等副反应。

1)液相缩合法：液相缩合法是目前国外主要采用的工业化生产方法，分为连续法和间歇法。由于连续法易于自动化控制，改善劳动环境，国外工业化生产多采用连续法生产。

其反应机理可理解为，丙酮在氢氧化钾等强碱存在下缩合为二丙酮醇，后者脱水形成异亚丙基丙酮，再与丙酮缩合得到异佛尔酮。

该法得到的异佛尔酮选择性约为60～70％，二丙酮醇选择性约为16％，异丙叉丙酮选择性约为7％，高沸物质质量分数约为3～7％，丙酮转化率约为6～10％。

该法具有催化剂简单，操作方便，异佛尔酮收率高等优点，特别适合于工业化生产。但缺点也不容忽视，即反应釜为高压设备，且内部结构较复杂，丙酮转化率不高，生产成本较高，废液中含有大量碱液，处理较困难，蒸馏塔操作过程不易控制等。

2)气-固相催化缩合法：固体催化剂多相催化缩合制备异佛尔酮的工艺，即丙酮蒸汽在较高温度下连续通过固体碱催化剂依次完成醇醛缩合、脱水、加成、分子内缩合、再脱水等反应，最终得到异佛尔酮。

这种气-固相催化缩合法具有催化剂易制备、无污染，反应器为固定床、易放大等优点；但催化剂成本高易坍塌、再生困难，生产周期短，异佛尔酮的选择性低等问题。

由此可见，上述用丙酮制备异佛尔酮的方法均有较大的适用局限，因此，研究和开发一种工艺流程简单、成本低廉、催化剂后期处理简单的一种丙酮在常压下通过缩合反应制备异佛尔酮的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种连续化、常压、稳定运行的丙酮制备异佛尔酮的方法。

本发明一种常压下制备异佛尔酮的方法首先是将丙酮加热气化，然后进入反应器中进行缩合反应，生成物经蒸馏而出进入接受罐中，最后进行蒸馏、脱焦、分相和精馏操作得到成品异佛尔酮。所述脱焦过程为将低沸点物质从高沸点物质中蒸馏出来，本质过程为蒸馏。本专利中为将异佛尔酮和轻组分从混合物中分离出来，而将一些高沸点组分留在塔釜中的过程为脱焦。

本发明具体是按照以下顺序的操作步骤完成常压下制备异佛尔酮的：

(1)丙酮经计量泵加入汽化器中汽化成气体，汽化器升温至150～200℃；

(2)反应器内装入固体催化剂，加热至熔融状态并保持一定的液位，液位高度为丙酮气体与催化剂接触的行程高度，常压反应器预热至220～350℃，然后丙酮进入常压反应器内进行反应，物料停留时间为1～2小时；所述丙酮经预热后是从反应器上部进入，从上而下与液相催化剂充分接触并发生反应生成异佛尔酮；

(3)丙酮不断加入，催化剂上层有一层有机相覆盖，有机相层的高度通过反应器的温度控制，生成的有机相不断被蒸发进入冷凝器，经冷凝后收集得到反应液；