[发明专利]酯化反应-渗透汽化膜分离集成生产3-羟基丙酸甲酯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及酯化工业中渗透汽化膜技术的应用，尤其涉及是采用酯化反应-渗透汽化膜分离集成工艺生产3-羟基丙酸甲酯的方法。

背景技术

3-羟基丙酸（化学索引号（CAS）503-66-2，分子式C₃H₆O₃，化学结构式HOCH₂CH₂COOH，分子量90.08），是一个三碳无手性有机酸，与乳酸互为同分异构体，是近年兴起的一种重要平台化合物。它无色、无味、室温下呈油状液体，与水、醇、醚等多种溶剂互溶，可广泛应用于涂料、胶粘剂、水处理化学品和个人护理品的生产；还可脱水生成丙烯酸、氧化生成丙二酸、酯化生成酯、还原生成1,3-丙二醇以及合成新型聚酯。

发酵法3-羟基丙酸生产过程的重要环节之一是甲醇与3-羟基丙酸甲酯化反应生成3-羟基丙酸甲酯。目前，这个酯化反应大多都维持在甲醇与3-羟基丙酸的重量比为1.5:1或更高的液态体系中。甲酯化反应得到的3-羟基丙酸甲酯与碳酸氢钠反应生成3-羟基丙酸钠，再通过氢型树脂即可将3-羟基丙酸钠转化为3-羟基丙酸。一般而言，酯化转化率通常会受到副产物水的抑制，使反应收率难以提高，影响3-羟基丙酸工艺及其产率。

O.L. Liu， H.F. Chen在文章“Modelling of esterification of acetic acid with n-butanol in the presence of Zr(SO4)2-4H2O coupled pervaporation” (《Journal of Membrane Science》2002, 196, 171-178)中研究了酯化反应-渗透汽化集成技术对乙酸与正丁醇酯化反应的影响，表明在初始正丁醇/乙酸质量比为1.98，膜面积与反应液体积的比值0.23cm^-1,80°C条件下，采用集成技术的酯化产率可从原来的75%左右提升至90%左右。

王乐夫，李雪辉的“酯化反应偶联渗透汽化膜过程对平衡移动的影响”（《化学反应工程与工艺》1999，15（4）：443-449）中，采用PVA/PAN复合膜，考察了渗透汽化-酯化反应偶联复合膜反应器中乙酸正丁酯的合成过程因素对酯化反应化学平衡移动的影响，结果显示，在较高的反应温度（80°C）和较高的初始反应液中醇/酸质量比（大于1.24）以及高的膜面积与反应液体积比（0.5cm^-1）的条件下，反应9小时候达到酯的高产率。

Benedict D. J, Parulekar S.J, Tsai S.-P.在文章“Pervaproation-assisted esterfication of lacitic and succinic acids with downstream ester recovery”(《Journal of Membrane Science》2006, 281:435-445)中采用GFT-1005膜的酯化反应-渗透汽化集成技术在乳酸乙酯合成反应中的实验研究，结果表明，在膜面积与反应液体积的壁纸0.091cm^-1，初始乙醇/乳酸质量比为0.64,95°C的条件下，8小时后，乳酸乙酯产率为85%左右。

M.T. Sanz和Jurgen Gmehling先后在“Esterification of acetic acid with isopropanol coupled with pervaproation part I: Kinetics and pervaproation studies”(《Chemical Engineering Journal》2006,123,1-8)和“Esterification of acetic acid with isopropanol coupled with pervaporation part II: Study of a pervaproation reactor”(《Chemical Engineering Journal》2006,123,9-14)中报道，使用PERVAP?2201膜可选择性脱除异丙醇/醇酸酯化反应中生成的水，随着异丙醇/醋酸投料摩尔比、膜面积与反应液体积的比值、操作温度以及催化剂的添加量的增大，酯化率均有不同程度的提高，但是反应时间过长，10小时后采可以达到酯化反应平衡。