[发明专利]酸性离子液体催化剂合成三醋酸甘油酯工艺

说明书

技术领域

本发明涉及精细化工产品技术，具体来说是酸性离子液体催化剂合成三醋酸甘油酯工艺。

背景技术

三醋酸甘油酯，又称三乙酸甘油酯，是一种无色无臭的油状液体，无毒无刺激性。其英文名称为Glycerol Triacetate，分子式为C9H14O6，分子量为218.21。

三醋酸甘油酯与醇、醚、苯、氯仿等有机溶剂互溶，能溶解硝化纤维素、丙烯酸树脂、聚醋酸乙烯酯等高分子化合物。由于三醋酸甘油酯具有良好的胶凝作用和生理惰性，被大量作为卷烟过滤嘴醋酸纤维素的增塑固化剂、食品添加剂、化妆品定香剂和润滑基质等。三醋酸甘油酯作为一种安全无毒增塑剂被广泛应用于烟草、食品、冶金行业。

三醋酸甘油酯一般采用甘油与醋酸为原料，在酸性催化剂催化下合成的。传统三醋酸甘油的合成工艺是：首先以浓硫酸或对甲苯磺酸为催化剂，催化甘油与醋酸进行酯化反应，酯化反应同时使用带水剂不断将反应生成的水移出反应体系，促进反应向正方向移动；然后蒸馏分离出带水剂，得到反应产物中间体；再将反应产物中间体与醋酐进行酰化反应，得到初产品；最后对反应初产品进行水洗脱酸和催化剂、碱中和、过滤、蒸馏得到最终产品。

虽然硫酸或对甲苯磺酸可使反应获得较理想等酯化率，且价格低廉，但反应过程中由于硫酸等具有较强的酸性和氧化性，导致氧化、碳化、聚合、重排等副反应的发生，选择性差，产品色泽较深；同时，浓硫酸还会对设备产生腐蚀，且难以回收利用，从而造成生产成本偏高，环保压力大等问题。

为此，国内外科技工作者进行了大量工作，以改善工艺过程，如美国专利USP3108133公开了一种在高温和低压条件下提纯三醋酸甘油酯的工艺；德国专利156804和2900023中分别公开了采用甲醇或乙醇提纯三醋酸甘油酯和以二氧化碳或氮气气提脱酸精制三醋酸甘油酯的方法；而中国专利CN1022010330A、CN101973877A等专利中公开了采用活性炭吸附脱色方法，来精制三醋酸甘油酯，从专利报道来看，其目的在于降低产品三醋酸甘油酯的酸度，但没有从本质上改变三醋酸甘油酯的合成工艺，仍然需要采用水洗、碱中和等工序，从而导致仍有大量废水和废渣的排放。在中国专利CN102020558A中公开了以固体超强酸为催化剂合成三醋酸甘油酯的方法，从专利文献上看可以降低三醋酸甘油酯合成中污染物排放量，但在甘油与醋酸合成三醋酸甘油酯的反应体系中，仍存在副产物水对催化剂稳定性影响以及在强烈搅拌下催化剂机械强度的影响，专利文献中只给出了10次循环的结果，而且未见相关工业应用的报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足之处，而提供一种无污染物排放、清洁生产的酸性离子液体催化剂合成三醋酸甘油酯工艺。

本发明目的可以通过如下措施来实现：酸性离子液体催化剂合成三醋酸甘油酯工艺，以甘油、醋酸、溶剂和催化剂质量比为1:3-4:1.5-2.0:0.2-0.4，加入玻璃精馏反应釜，进行酯化反应，反应温度为100-150℃，反应时间为3-4小时；

酯化反应后，接着向反应釜中加入醋酐，酸酐加入量按初始反应原料甘油质量的15-30%，进行酰化反应，反应温度为100-150℃，反应时间1-2小时，搅拌1小时；酰化反应结束后，在20-50KPa的真空度下，将溶剂与过量醋酸蒸馏分离，溶剂与醋酸混合物作为下一批次原料，反应釜中剩余物为离子液体催化剂与产品三醋酸甘油酯混合物；

离子液体催化剂与产品三醋酸甘油酯的分离在0.67-1.3KPa，130-150℃下真空蒸馏分离，离子液体催化剂循环使用；

产品三醋酸甘油酯中微量醋酸的脱除，采用碱性阴离子树脂吸附剂，碱交换容量4.8mmol/g，生产食品级三醋酸甘油酯。

所述的溶剂为醋酸正丙酯、醋酸乙酯有机溶剂。

所述的酸性离子液体催化剂是烷基咪唑磺酸盐，其中：阴离子部分为烷基咪唑、阳离子部分为烷基磺酸的酸性离子液体，分解温度在250℃；碱性阴离子树脂吸附剂是苯乙烯聚合物，为乳白色不透明球状颗粒，直径为0.315-1.25mm。

酯化反应生成的水与溶剂共沸，从与反应釜相连接的精馏塔塔顶移出反应体系，促进反应向正方向移动；溶剂与水不互溶，由精馏塔塔顶溶剂与水分层罐直接循环利用；当反应达到反应时间后，按初始反应原料甘油质量的15-30%向反应釜中加入酸酐，再100-150℃反应1-2小时，使反应中间体中部分甘油单酯、二酯与醋酐继续反应生成三醋酸甘油酯。 

本发明与现有技术相比，具有如下优点：