苯氧乙酸课程设计

1、课程设计任务书课程设计题 目 苯氧乙酸产品课程设计学 院 化学化工学院专 业 化学工程与工艺姓 名 学 号 指导教师 二O一六年十二月五日济南大学课程设计用纸化学化工学院 化学工程与工艺 课程设计 第 18 页 共 20页学院 化学化工学院 专业 化学工程与工艺 姓名 学号 设计题目 苯氧乙酸产品课程设计 一、课程设计的内容根据题目要求，设计苯氧乙酸的工艺设计，在全面检索分析相关资料的基础，至少设计五中工艺路线，并设计自己认为最适宜的生产工艺，并对该工艺做可行性分析。利用学校的清华同方数据库、万方学位论文全文数据库、ScienceDirect、ACS(美国化学学会)数据库查询苯氧乙酸的工艺合成

2、及路线等中英文文献与硕博论文。 苯氧乙酸的工艺合成，设计每一步反应的操作步骤 ：工艺设计包括 反应路线 工艺流程示意简图；流程设计：带控制点工艺流程图；艺条件设计等等。 比较所有工艺的优劣。包括原料来源、所有设备、工艺操作条件、收率、产品质量和对环境影响等。并做可行性研究。 根据工艺设计，做经济效益可行性分析。包括：不变成本（固定成本 ）， 总成本 年产值、年利润 投资利润率、投资回收率。二、课程设计应完成的工作1、文献资料收集：针对某一精细化学品，全面检索如下资料： （1）产品的性质、用途、价格及其变化趋势。（2）产品的历史、现状和发展趋势。 （3）世界范围内产品的生产厂家、产量。（4）世界

3、范围内生产该产品的主要工艺。2、文献资料分析 比较所有工艺的优劣。包括原料来源、所有设备、工艺操作条件、收率、产品质量和对环境影响等。3、工艺设计（1）工艺条件设计：包括每一步反应的操作步骤 （2）工艺路线设计：包括 反应路线 工艺流程示意简图 （3）工艺流程设计：带控制点工艺流程图 4、工艺可行性分析 包括原料来源、所有设备、工艺操作条件、收率、产品质量和对环境影响等5、经济效益可行性分析 不变成本（固定成本 ）， 总成本 年产值、年利润 投资利润率、投资回收目录前 言21.1产品的性质、用途、价格及其变化趋势。21.2产品的历史、现状和发展趋势。31.3世界范围内生产该产品的所有工艺及其分

4、析。41.3.1卤素衍生物与酚盐制备苯氧乙酸41.3.2 十六烷基三甲基溴化铵催化合成苯氧乙酸41.3.3 微波辐射合成苯氧乙酸的研究41.3.4 聚乙二醇催化合成取代苯氧乙酸41.3.5 微波合成苯氧乙酸52 工艺设计62.1 工艺路线设计62.1.1威廉森合成法制取苯氧乙酸62.1.2由苯氧乙酸钠制备苯氧乙酸82.1.3湿法合成92.1.4固-液相转移催化法合成苯氧乙酸102.1.5三相催化条件下合成苯氧乙酸112.2 工艺条件设计112.3 工艺流程设计133可行性分析143.1工艺可行性分析143.2经济可行性分析143.3项目使用的专业标准规范154结 论16参 考 文 献17 前

5、言 苯氧乙酸是一种重要的精细化工原料和产品。微量施与农作物上具有刺激植物生长的作用,用量加大时,则具有除草作用。苯氧乙酸分子中含有醚基和羧酸基两个活性官能团,常作为活性中间体用作制药工业、染料、农药及其它有机物的原料,例如,用作口服青霉素V钾盐的合成基础原料。该产品国内外市场前景广阔,产品供不应求。本文通过分析各种苯氧乙酸的工艺合成路线,寻求最优工艺路线，并做可行性研究。从工艺，经济，设计等各方面需求最优设计路线。1.1产品的性质、用途、价格及其变化趋势。苯氧乙酸， CAS：12259-8，分子式：C8H8O3，英文名称是：phenoxyacetic acid，白色针状结晶，在空气中久置会发黄

6、，熔点 9799，沸点 285（部分分解）。在20水中溶解度约为1.3g，溶于热水、乙醇、乙醚、冰醋酸、苯、二硫化碳 。结构式如图所示 。该产品对人的眼睛、呼吸系统及皮肤有刺激性。苯氧乙酸是重要的化工原料，可以用来生产青霉素V、除草剂、染料、杀虫剂、杀菌剂、植物激素和中枢神经兴奋药物的中间体等。（1）青霉素V钾片 目前国内的苯氧乙酸主要用于生产青霉素V。将苯氧乙酸转化为酰氯，再与 6-APA上6号位的氨基进行缩合反应，即可制得青霉素V。青霉素V是青霉素G的衍生物，其特点是耐酸性好，可以口服，解决了青霉素注射前需要作皮试和注射时疼痛的问题，临床使用日益广泛。（2）除草剂 低浓度的苹氧乙酸钠盐可作

7、为植物生长调节剂。此外，苯氧乙酸胺盐、苯氧乙酸丁酯等都是激素型广谱除草剂。 苯氧乙酸系列产品广泛用于染料和制药行业，仅苯氧乙酸类降脂药就有十几种，如二甲苯氧庚酸 Gemifibrozil（诺衡）、非诺贝特Fenofibrate（普鲁脂芬、苯酞降脂丙酯）、降脂哌啶Lifitrate（降脂新、利贝特、新安妥明）、氯贝丁酯Clofibrate（安娶明、降脂乙酯、氯苯丁酯、法脂乙酯、心血夹、冠心乎、安脏美）等。1 1.2产品的历史、现状和发展趋势。苯氧乙酸是一种重要的化学品,也是重要的农药中间体,其氯化产物2,4-二氯苯氧乙酸作为化学除草剂。已经近70年的使用历史,其安全性和有效性使得此类药物在可预见

8、的时间内具有不可替代性。但它们的生产工艺相对落后,存在收率不高、选择性不好、污染严重的缺点,造成了严重的环境问题。因此,开发环境友好的新型生产工艺,具有降耗减排、降低成本的双重意义，苯氧乙酸是制备染料、药物、杀虫剂、植物生长激素和除草剂的重要原料。以苯氧乙酸为母体分子,设计合成药效高、选择性好、使用安全的新农药,仍然是人们十分关注的研究课题。芳香族的氯化反应是生产农药、染料、医药和摄影材料的一种非常重要的反应。苯氧乙酸的多种氯化物都是常用的除草剂。随着农药等的应用日趋广大,市场需求稳步增长。从而苯氧乙酸的需要大大提高,谁能高效地合成苯氧乙酸,谁就能占领除草剂市场。苯氧乙酸及其衍生物最重要的用途

9、是作为植物生长调节剂,能促进植物发芽生长、促进座果、提高产量、增加蛋白质含量。此外,还可用作农用杀菌剂、除草剂和保鲜剂等，该类化合物具有很广阔的应用前景。一般作为原料来生产，主要研究苯氧乙酸的衍生物的性质及其工艺，具有很高的研究价值。1.3世界范围内生产该产品的所有工艺及其分析。 1.3.1卤素衍生物与酚盐制备苯氧乙酸当采用苯酚和氯乙酸为原料, 在碱性条件下合成苯氧乙酸时, 原料最佳配比为苯酚:氯乙酸:氢氧化钠= 0.9:1.1:2.4, 反应时间为5h, 反应温度为102, 可以得到较高产品收率( 69%) 。与过去的收率60%左右有较大的提高, 工业上有很好的应用价值。1.3.2 十六烷基

10、三甲基溴化铵催化合成苯氧乙酸 用十六烷基三甲基溴化铵催化氯乙酸和苯酚合成苯氧乙酸，十六烷基三甲基溴化铵具有较高的催化活性。可以加快合成苯氧乙酸。反应过程考察了苯酚与氯乙酸摩尔比、催化剂用量、反应时间、反应温度对产率的影响以及催化剂的重复使用性能。反应的最佳条件为：在80下，苯酚和氯乙酸的摩尔比为1：3，催化剂质量为1.59，反应时间为1.5h。此反应所得到的苯氧乙酸的产率为52.74。该催化剂的用量很少，而且易于回收，并且可以重复使用。1.3.3 微波辐射合成苯氧乙酸的研究用微波辐射合成苯氧乙酸,考察了不同反应条件对收率的影响,优化出最佳反应条,收率可达93%。 1.3.4 聚乙二醇催化合成取

11、代苯氧乙酸以水为溶剂，聚乙二醇-800为催化剂，苯酚的衍生物与氯乙酸在碱性条件下加热回流制备取代苯氧乙酸。当反应物的浓度是3.5 mol/L，苯酚衍生物与氯乙酸的摩尔比1:1.1，反应时间是1 h， 合成了5种取代的苯氧乙酸，都获得了高产率，其中，4-氯苯氧乙酸产率为95.2% ，2,4-二氯苯氧乙酸产率91.4%。1.3.5 微波合成苯氧乙酸 在水溶剂中,使用微波合成苯氧乙酸,反应仅需2一4分钟,收率达84.3%。1，微波功率对反应的影响 表1微波功率对反应的影响微波功率/w675600525450375苯氧乙酸收率/%26.867.684.270.350.4实验结果表明,微波功率对反应影响

12、很大。功率大,反应温度高，反应快,但易造成局部过热而早致碳化功率小,收率较低,本实验以525W为最佳。2，微波辐射时间对反应的影响 表2微波辐射时间对反应的影响微波时间/min 2.5 3.0 3.33 4.0苯氧乙酸收率/% 65.1 70.2 84.2 64.6 表明，反应时间以3分20秒为宜。时间低于了3分20秒,反应不充分时间长于3分20秒，副反应增多,且碳化严重。故取3分20秒为宜。3，反应物摩尔配比对收率的影响表3反应物摩尔配比对收率的影响酚钠1:1 1.2:11.4:11.6:1苯氧乙酸收率/% 84.271.864.257.8结果表明,摩尔配比以1:1最好,反应配比合理,且利用

13、率高。由此可见,合成苯氧乙酸的最佳反应条件是反应物的摩尔配比为1:1,微波功率为525W，微波辐射时间为3分20秒。2 工艺设计2.1 工艺路线设计2.1.1威廉森合成法制取苯氧乙酸具体工艺流程：以氯乙酸和苯酚为原料,碱性条件下,反应生成苯氧乙酸,运用正交实验（见表1）,找出最佳的合成条件,得到较高的收率,具有工业推广价值。合成苯氧乙酸时,原料最佳配比为：苯酚氯乙酸氢氧化钠=0.91.12.4,反应时间为5 h,反应温度为102,得到较高产品收率(69%),工业上有好的应用价值。工艺流程分析：上面过程中，合成苯氧乙酸产率约为69%,但常得不到较好的结晶状态，为此实验固定苯酚的用量为0.1 mo

14、l,考察了四个因素:NaOH(A,mol)、ClCH2COOH(B,mol)、反应温度 (C, )和反应时间(D,min)。根据实验情况及理论分析,上述四个因素考察区间结果如下表1所示1表1 因素考察区间 因素 A B C D区间 0.250.350.110.1570904080 图：正交实验结果参照文献2,3,将上述四因素及考察区间采用均匀设计表U9(94)表安排,根据实验结果回归方程为：2.75+812.63A-8.89C+0.18D-1798.35A2+1787.83B2+0.06C2+0.001D2.因此，得优化条件:A=0.288,B=0.135,C=89.9,D=79.91算出最大

15、收率为87.7%。最大收率区间:87.2%88.1%,按照上述优化条件进行试验,实得收率为88.0%。该法优点为：试验次数少。试验点均匀分散，试验数据通过计算机处理,可方便、准确、快速地求得定量的回归方程式,便于分析各因素对试验结果的影响。通过上述实验结果的优化得优化条件,在优化条件下,实验的得率较每次实验的得率都高,显示出均匀设计在条件优选上的优越性。当选用乙醇做溶剂,在碱性条件下,由酚钠与一氯乙酸钠反应,经酸化后合成苯氧乙酸类化合物与已报道的合成方法相比,文献5反应产率高、反应时间短,反应操作简单。如不添加乙醇,随着反应的进行,由于固体物质析出,反应体系逐渐形成固体混合物，在合成中,是将一

16、氯乙酸加入或滴加到酚和氢氧化钠的混合物中,这是造成反应产率低的另一重要原因。2.1.2由苯氧乙酸钠制备苯氧乙酸催化剂为乙二醇、苯酚、氯乙酸都是基础化工原料,其货源充足,价格便宜,适宜于工业化生产，在本反应中,选择水作为反应过程中的溶剂，产品的外观不仅为纯白色，而且产品收率高达88.5%。该合成工艺选择了文献所没有报道的催化剂（乙二醇），合成工艺具有反应温度较低、反应时间短、产品收率高、产品质量好、制备简单、条件温和等优点。2.1.3湿法合成湿法合成,就是用微波法合成苯氧乙酸。 图：微波法合成苯氧乙酸Microwave synthesis of phenoxyacetic acid具体工艺：在5

17、0 mL烧瓶中放人4.75 g的苯酚，4.9 g的氯乙酸，加热熔融，然后边振荡边滴加10 mL的10 mol/L的NaOH溶液。然后按微波说明装置好以后，设定一定功率和反应时间为3分20秒。反应完后，冷却，倾入100 mL水中溶解，用浓HC1调至pH=2-3。然后用lOOmL乙醚提取。乙醚提取液先用30 mL水洗涤，再用5%的NaCO3溶液萃取数次，每次50mL。NaCO3萃取液加入HCl酸化，滤集沉淀，,以水重结晶,烘干得苯氧乙酸6.4 g，收率为84.2%，测熔点为97-98。此方法比较成熟，相继有很多人研究此种方法，李记太、周和平和康树峰报道了在苯-氢氧化钠水溶液中，由苯酚和氯乙酸缩合制

18、取苯氧乙酸的良好结果。在装有温度计、恒压滴液漏斗和球形冷凝管的250 mL四颈烧瓶中，加入苯的氢氧化钠水溶液50-60 mL、氯乙酸10.4 g(0.11 mol)。开动搅拌器，待氯乙酸溶解后，加入新蒸馏的苯酚8.5g(0.09mol)，于室温由恒压滴液漏斗滴入40%的氢氧化钠水溶液约22 g。升温回流2.5 h,反应后加适量蒸饱水使沉淀溶解。分离两相,蒸馏有机相回收苯。加热水相至90，滴入稀盐酸酸化，搅拌下冷却、结晶、抽滤，用蒸溜水洗涤滤物,于供箱中烘干。得到的产品收率为96.4%。与经典方法比较,该方法的反应温度较低，操作较为简便,产品收率高，而且重现性好。武汉大学的黄筱玲、曲凡歧和陈绮虹

19、用2-氟-4-甲基苄基三甲基溴化铵(氟季铵)为催化剂催化芳基酚与氯乙酸的缩合反应。把0.01 mol的酚、0.015 mol的氯乙酸和0.03 mol的氢氧化钠混合，加入氟季铵，用水做溶剂，在105°C下反应Ih。反应后，用水溶解产物，滤除不溶物，加入盐酸酸化，接着加入固体碳酸钠至沉淀溶解，,再度酸化至pH=4左右，过滤沉淀、水洗、烘干即得,产率为75%。产品培点与文献值相符。用氟季铵催化法合成苯氧乙酸，比用液-液、液-固和三相催化法的优势在于：不用有机溶剂、反应时间短、产率较高和操作简便。2.1.4固-液相转移催化法合成苯氧乙酸图：固-液相转移催化法合成苯氧乙酸Prefaratio

20、n of aryloxyacetic acids through solid-liguid phase transfer catalysis具体工艺：在固-液相转移催化剂聚乙二醇(PEG-400)催化下，以酚、氯乙酸、氢氧化钠为原料，乙腈作溶剂进行了反应。具体反应O步骤如下：在装有电动搅拌器和回流冷凝器的250 mL的三颈瓶中加入0.0173 mol苯酚、0.0396 mol固体氢氧化钠、0.022mol氯乙酸、0.35gPEG-400 (反应物的5%mol)、100 mL乙腈,在油浴温度为125，恒温反应3 h后停止反应，蒸干溶剂得到固体，溶于水后倾倒入250 mL的烧杯中,加入盐酸酸化至刚

21、果红试纸变色，然后加入固体Na2CO3，使苯氧乙酸再变为钠盐溶于水中，过滤分出水液再酸化得到沉淀,过滤烘干下，用适当的溶剂重结晶得到产品，烘干后称重为1.93 g,产率73.4%。熔点与文献值相等。此方法比用液-液相转移催化法所得产率高，不仅如此，所用的聚乙二醇相转移催化剂无毒，价钱便宜,所用溶剂乙腈的回收率可达85%,能循环使用，是工业生产上可行的方法。2.1.5三相催化条件下合成苯氧乙酸 图：苯氧乙酸的三相催化合成Synthesis of aryloxyacetic acid under triphase catalysts 具体工艺：用自制的高分子催化剂-聚苯乙烯支载的聚乙二醇,在三相催

22、化条件下合成苯氧乙酸。在三口烧瓶中加预先处理过的催化剂、甲苯、水、氢氧化钠、ArOH和氯乙酸。恒温搅拌反应一定的时间。反应停止后，滤出催化剂。滤液分层,水相加人盐酸至刚果红试纸变色，再向其中加固体Na2CO3至不再产生气泡为止。接着进行过滤，滤液加盐酸至刚果红试纸变色。冷却，静置至晶体全部析出。抽滤，得固体。烘干至恒重，即为所需产品。此反应条件温和，操作简便，催化剂和溶剂都可回收。2.2 工艺条件设计以上五种工艺虽有差别，可通用一样工艺流程简图，此工艺流程只需要三个釜，反应都是在水溶液里进行，操作简单，设备简单，溶剂成本也低。但是最大缺陷就是氯乙酸水解严重，过量的氯乙酸没法重新利用，苯酌没法完

23、全转化，水解的氯乙酸和没反应完的苯酚都随废水排掉，导致原料成本大量流失，并且给环境带来了严重的负担，可以再加上废水处理过程，利用物理作用除去含酚废水中的污染物以达到排放标准的方法。 图： 传统工艺流程合成苯氧乙酸Traditional process synthesis of phenoxyacetic acid 2.3 工艺流程设计3可行性分析3.1工艺可行性分析 可行性研究报告的依据：中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要；中华人民共和国环境保护法和中华人民共和国劳动安全法等相关的国家法律、法规；化工设计教材；化工建设项目可行性研究投资估算编制办法；搜集的厂区所在地气象、地理

24、条件、交通运输条件及公用工程条件、技术经济和核算条件等。原材料来源较广, 较易制的, 价格便宜, 设备较少, 操作简单方便, 收率在百分之七十五左右, 产品质量好, 对环境影响较低.3.2经济可行性分析年操作时间小时7200总能耗万吨标准煤/年燃料消耗燃料煤万吨/年0公用工程低压蒸汽万吨/年77.024新鲜水万吨/年102.03均为循环冷却水按照水冷损失1%计算电万千瓦时/年634.12全厂定员人106总占地面积公顷115012总投资亿元162665.071建设投资亿元151665.071不包括建设期利息固定资产投资方向调节税万元0建设期利息万元11000流动资金万元13625.66年均销售收

25、入万元312295.42年均销售税金及附加万元9963.404年均总成本费用万元192734.25年均利润总额万元109597.78年均所得税万元11939.67年均税后利润万元97658.126贷款偿还期人民币年7含建设期外币年0折合人民币投资利润率%72.2投资利税率%80.03内部收益率（全部投资）%27财务净现值万元128503.5投资回收期年6.159盈亏平衡点率%27.72固定成本 100万可变成本 40万年产值 80万编号固定成本（万元）可变成本（万元）年产值（万元）年累积（万元）1-100-4080-6020-4080-2030-40802040-40806050-4080100经分析在第三年后即可获利, 故项目可行.3.3项目使用的专业标准规范工业企业设计卫生标准（GBZ1-2010）工作场所有害因素职业接触限值（GBZ2.2-2007）石油化工企业设计防火规范（GB50160-2008）建筑设计防火规范（GB50016-2006）建筑物防雷设计规定（GB50057-2010）爆炸和火灾危险环境电力装置设计