[发明专利]连续化生产异山梨醇的方法及其所使用的装置

说明书

技术领域

本发明涉及连续化生产异山梨醇的方法及其所使用的装置。

背景技术

山梨醇的二次脱水产物——异山梨醇，作为新型生物基材料，被广泛应用于食品、化妆品、塑料、医药等聚合领域。目前，异山梨醇应用的一个研究热点是将其作为共聚单体用于聚醚、聚酯、聚氨酯、聚碳酸酯等聚合物的改性，可显著改善聚合物的高温性能和抗冲击性。用异山梨醇和对苯二甲酸聚合生成具有与聚对苯二甲酸乙二醇(PET)类似性能的聚酯，可作为PET聚酯的替代品，并且其具有良好的光学性能、热学性能、力学性能和染色性。异山梨醇在聚合物的改性以及未来制造生物可降解聚合物等方面大有潜力。异山梨醇的广泛应用也进一步推动了以山梨醇作为原料生产异山梨醇的研究，因为其原料山梨醇由葡萄糖加氢制备，来源丰富，价格便宜。异山梨醇是唯一在工业上实现大批量生产的糖类二醇，被誉为仅次于聚乳酸的未来重要生物基化工材料。

目前，传统的工艺利用金属的硫酸盐或浓硫酸为催化剂，脱水反应后的提纯过程加入氢氧化钠中和，反应液中混合大量的盐，造成电导升高，很难提取。中国专利申请CN102757445A公开了一种通过电渗析法对脱色后的反应液进行脱盐而制备高纯度异山梨醇的方法。美国专利US6407266提出了一种异山梨醇连续生产的工艺：使用70％的山梨醇为原料，浓硫酸为催化剂，通入氮气代替以往的有机溶剂，在催化剂作用下脱水产物从反应器底部导出。这些方法有其可行性和先进性，但是工艺较为复杂，物耗、能耗较高。

发明内容

本发明提供了一种连续化生产异山梨醇的方法，其包含以下步骤：

(1)加料：使山梨醇与催化剂在反应器中混合；

(2)反应：在减压条件下，控制反应器内温度使山梨醇先后发生第一脱水反应和第二脱水反应而生成异山梨醇，并同时使异山梨醇和水形成气态混合物；

(3)冷凝分离：控制冷凝器的冷凝温度，将由反应器中流出的气态混合物中的异山梨醇和水依次冷凝，获得异山梨醇。

本发明还涉及本发明方法所使用的装置，所述装置包括反应器、由第一冷凝器和第二冷凝器构成的冷凝器、真空系统和控温系统；所述反应器连接第一冷凝器，第一冷凝器连接第二冷凝器；反应器、第一冷凝器和第二冷凝器均与真空系统连通；反应器、第一冷凝器和第二冷凝器各自连接有控温系统；所述的第一冷凝器和第二冷凝器分别连接成品罐和废水罐。

本发明针对已有的异山梨醇制备技术存在的工艺复杂、成品收率低和提纯困难等问题，在山梨醇发生脱水反应的同时，将异山梨醇和水及时蒸馏分离，不仅可促进选择性脱水反应，还简化了分离工艺；在分离过程中，利用异山梨醇和水的沸点差异，实现异山梨醇的纯化。本方法在减压条件下进行，反应所需温度及能耗较低，成品质量较好。

附图说明

图1为本发明方法所使用的装置示意图。

具体实施方式

一种连续化生产异山梨醇的方法，包含以下步骤：

(1)加料：使山梨醇与催化剂在反应器中混合；

(2)反应：在减压条件下，控制反应器内温度使山梨醇先后发生第一脱水反应和第二脱水反应而生成异山梨醇，并同时使异山梨醇和水形成气态混合物；

(3)冷凝分离：控制冷凝器的冷凝温度，将由反应器中流出的气态混合物中的异山梨醇和水依次冷凝，获得异山梨醇。

在本发明方法的步骤(1)中，所述的原料山梨醇为固体或液体的山梨醇；所述液体的山梨醇为任意浓度的水溶液，优选浓度大于50重量％，更优选浓度为70-100重量％。固体山梨醇和山梨醇水溶液可市售所得，例如购自Aldrich(Milwaukee，WI)。

在本发明方法的一个优选实施方案中，步骤(1)的原料山梨醇为70重量％以上的山梨醇水溶液，并在进料前先将该山梨醇水溶液蒸发脱水，使进料浓度尽可能接近100％，以提高负压脱水反应系统的效率，并可降低能耗。

在本发明方法的另一个优选实施方案中，步骤(1)的原料山梨醇为固体山梨醇，并在进料前先将该山梨醇熔融。

在本发明方法的步骤(1)中，所述的催化剂为硫酸、对甲苯磺酸或聚磷酸，优选聚磷酸，所述催化剂的加入量为0.01％-0.5％，优选0.1％-0.5％，更优选0.2％-0.4％，基于山梨醇的干重计。

在本发明方法的步骤(2)中，所述减压条件为真空度在100-1000Pa范围内，优选200-800Pa范围内，更优选300-600Pa范围内。所述的减压条件通过本领域常规技术手段实现，例如可通过使用真空泵或分子泵抽真空实现。