反应精馏法由乳酸铵合成乳酸乙酯

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1、C一24应用化学新进展——绿色化学与环境保护反应精馏法由乳酸铵合成乳酸乙酯高静1’2赵学明1周丽亚2黄志红2(1天津大学化工学院，天津300072；2河北工业大学化工学院，天津300130)摘要：本文描述了采用自行设计的反应精馏装置，用无水三氯化铝作催化剂，以苯为带水剂，由乳酸铵直接合成乳酸乙酯的新方法。结果表明，该方法已取得满意的效果，乳酸乙酯的产率比简单的反应装置提高50％左右。关键词：乳酸己酯，乳酸铵，三氯化铝，反应精馏乳酸乙酯在传统的消费领域中多用于香精、香料、食品及酿酒行业，是良好的添加剂；此外在制药工业中用做压制药片的润滑剂，药

2、物心得静的中间体；饲料工业中用做香味剂【1]。乳酸乙酯最具发展前景的用途是：利用其具有无毒、溶解性好、不易挥发等特点作为“绿色溶剂”，它可以取代目前使用的许多对人和环境有毒的溶剂，如卤代类、醚类以及破坏臭氧层的氟氯碳溶剂等，同时乳酸乙酯又具有可生物降解性，因此乳酸乙酯是极具开发价值和应用前景的“绿色产品”12J。我国从20世纪80年代开始生产乳酸乙酯，普遍采用的是以乳酸和乙醇为原料，以浓硫酸为催化剂进行酯化反应”1。而乳酸生产方法主要是发酵法，在发酵法生产乳酸过程中为了防止反馈抑制，通常加入碳酸钙作为中和剂，它首先使乳酸转化为乳酸钙，再用硫

3、酸酸化使乳酸再生，同时生成副产物硫酸钙沉淀。该方法存在的问题是工艺流程长、设备腐蚀严重、后处理工艺复杂，且生成大量副产物硫酸钙难以利用，给环境带来污染。用氨水代替碳酸钙作为中和剂的研究已有报道”J，且己取得比较满意的结果，直接发酵产物为乳酸铵而非乳酸钙。如直接用乳酸铵(发酵液)和乙醇反应生成乳酸乙酯，将缩短工艺流程，减少环境污染，降低生产成本。从目前的文献资料中，在国外臣前也只有美国的ArgonneNationalLab．于1998年的报道【21，它是以DMAP为催化剂，且为了提高反应的转化率，采用了蒸发渗透装置。但也存在以下不足：(1)由

4、于使用了蒸发渗透装置，使设备的一次性投入及膜的操作费用增加。(2)催化剂昂贵、有毒、且不易得。(3)产率较低，一般在9—12％之间。在国内赵学明、高静提出并研究了以无水三氯化铝为催化剂、以苯为带水剂由乳酸铵合成乳酸乙酯的可行性。结果表明用该方法合成乳酸乙酯产率可达17．3％，高于ArgonneNationalLab．的报道，但是产率还是比较低，究其原因，主要是该方法采用的是简单的分水装置，分水效果不太理想。针对这一问题，经多次实验研究，作者提出了一种新的乳酸乙酯制备技术，既精馏法fla-}L酸铵合成乳酸乙酯的新技术，该技术采用了具有高分离特

5、性的精馏过程和自行设计的分水精馏头，将水以苯、乙醇、水三元恒沸物的稳定组成蒸出，使油水更易分层分离，使乳酸乙酯的产率比过去提高50％左右。11仪器和药品带分水头的反应装置一套(填料为不锈钢金属丝网0环填料，柱高1000mm，内径35mm)，见图1。乳酸铵、乙醇(无水)、苯(分析纯)、三氯化铝(无水)、沸石。1．2实验方法1．2．1配料称取一定量的乳酸铵、乙醇、苯，无水AlCb及少许沸石依次放入500mL三口圆底烧瓶中。中国化学会第八届全国应用化学年会西安2003．9C一251．2．2酯化脱水装好反应装置后(见图1)，打开冷却水，开始加热。反

6、应液沸腾蒸汽上升冷凝后，在分水器内分层，下层为富水相，上层为富有机相，只要水相液面未接近回流管管口，就一直不放水，当水面快接近回流管管口时开始缓慢放水，放水速度控制在水面基本不动。并在反应过程中采用流加部分苯醇混合物，以控制反应温度和确保有足够的苯来形成醇、苯、水三相恒沸物。待水面不再上升时，停止加热。1．2．3精馏分离待反应液温度下降到40℃以下时开始蒸馏，先进行常压蒸馏，所得到的馏分主要是醇和苯和少量的混合物，再对剩余反应物进行减压精馏，控制真空度在6．0船a左右，接受顶温为70一95℃温度段的塔顶馏份，即为产品乳酸乙酯。1．2．4分析

7、方法仪器SQ一206气相色谱仪：CDP-3HJ色谱数据处理机。分析条件色谱柱：SE．30，柱长：2m，内径：3mm，柱温：170℃；载气：H2；检测室温度：180。C。定量方法内标法。2结果与讨论2．1实验结果产品经分析得知，乳酸乙酯的产率为25．5％，并且经多次重复，乳酸乙酯的产率均高于25％。结果表明，用反应精馏法由乳酸铵合成乳酸乙酯是可行的。22精馏法由乳酸铵合成乳酸乙酯的基本原理由乳酸铵合成乳酸乙酯的反应如下：CH3CH(OH)COONH4+C2H50HCH3CH(OI"I)COOC2H5+NH3+H20从以上反应可以看出，要提高反

8、应的转化率应及时把反应生成的氨和水移走，氨可以用导管直接导入水中生成氨水重复利用，水可以加入带水剂苯以形成醇、苯、水三元恒沸物，但是，问题是如果采用简单的反应装置，汽化的组分并不