毕业设计类型开题报告格式

1、 上海应用技术学院 毕业设计(论文)开题报告题 目：年产300吨邻硝基苯乙酸车间工艺设计专 业： 制药工程（化学制药）班 级： 学生姓名： 学生学号： 指导教师： 化学与环境工程学院 20 14 年 1月 8 日毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见： 指导教师： 20年月日 教研室审查意见： 教研室负责人： 年 月 日2年产300吨邻硝基苯乙酸车间工艺设计年产300吨邻硝基苯乙酸车间工艺设计1 开题依据一硝基甲苯是由甲苯经硝、硫混酸硝化制得，含有邻硝基甲苯、间硝基甲苯、对硝基甲苯(邻:间:对=60:4:36)三种异构体1，均为重要的化工原料。由一硝基甲苯出发，可以得到很多的化工产

2、品。随着精细化工的飞速发展，以一硝基甲苯为原料的染料、医药、农药等2-4精细化工产品不断被开发，使得一硝基甲苯的用量得到进一步的扩大。 由于对硝基甲苯是目前需求比较大的一种化工原料，而甲苯的选择性硝化研究也存在一种困难1，因此大量的生产对硝基甲苯造成邻硝基甲苯生产的相对过剩。从而研究邻硝基甲苯的应用开发具有很大的实用价值。而邻硝基甲苯占一硝基甲苯生产总量的60%左右，它可以通过氧化、还原、氯化、缩合等反应得到一系列衍生产品，作为染料、医药、农药等合成中间体3。邻硝基甲苯通过氧化可以合成邻硝基苯甲醇、邻硝基苯甲醛、邻硝基苯甲酸。邻硝基苯甲醛为芳香醛系产品，是医药、农药、染料的重要中间体5，在医药

3、上用于生产抗心绞痛药硝基吡啶(俗称心痛定)，在染料行业用于生产分散黄E-3G。邻硝基苯甲酸可以用来合成在除草、杀菌方面有广泛应用的邻甲酰胺基苯甲酰胺类化合物6。邻硝基甲苯通过还原为邻甲苯胺可以在染料上生产酸性红3B、大红色基G、枣红色基GBC、红色基RL、色酚AS-D、碱性品红、硫化蓝、还原桃红等；在农药行业用于生产三环唑、乙草胺等；在医药上用于制备邻氯青霉素、安眠酮、必嗽平、喹啉环类药物等产品。另外邻甲苯胺也可以用来生产糖精和硫化促进剂。特别是近年来邻甲苯胺在石油添加剂中作为提高辛烷值的应用，进一步拓展了邻甲苯胺的用途，使邻甲苯胺的需求量得到大幅度提升3。邻硝基甲苯通过还原为邻甲苯胺可以在染

4、料上生产酸性红3B、大红色基G、枣红色。邻硝基苯乙酸是一种应用广泛的有机合成中间体。邻硝基苯乙酸经硫化铵还原、重氮化反应、水解可以用来合成苯并呋喃-2(3H)-酮，苯并呋喃-2(3H)-酮是重要的有机合成中间体，可用于合成医药、农药及新型抗氧剂7，开发由邻硝基甲苯生产邻硝基苯乙酸具有较大经济效益和社会效益。2 文献综述2.1.1 邻硝基苯乙酸介绍图1 邻硝基苯乙酸邻硝基苯乙酸通过还原、重氮化、Sandmeyer反应还可以得到邻卤代苯乙酸。邻卤代苯乙酸是有机合成的重要中间体8。邻硝基苯乙酸和乙酸三乙酯在对甲苯磺酸的催化下进行酯化可以得到邻硝基苯乙酸乙酯。邻硝基苯乙酸乙酯可以用来合成2,4-二氯苯

5、乙酸乙酯，2,4-二氯苯乙酸乙酯也是重要的有机合成中间体。邻硝基苯乙酸还可以用来合成邻羟基苯乙酸、2,4-二氯苯基乙酸、2-氟苯基乙酸，邻羟基苯乙酸。这些都是医药合成的重要中间体。邻硝基苯乙酸还可以用来合成苯乙酸甲酯同时它本身也是很好的除草剂，目前市场上需求较大。邻硝基苯乙酸经典的的合成方法由于原料（邻硝基苯乙腈）不易得到，而传统工艺合成邻硝基苯乙腈的过程中需使用氰化钠这种毒性比较大的物质、污染严重，因此不适应现在的工业化生产要求。又由于邻硝基甲苯生产的相对过剩，因而研究一种比较廉价和环保的以邻硝基甲苯为原料合成邻硝基苯乙酸的方法就有其必要性和实用性。2.1.2 邻硝基苯乙酸的物性数据 表1

6、邻硝基苯乙酸 项目 数据中文别名： 邻硝基苯乙酸;2-硝基苯基乙酸英文名字： 2-Nitrophenylacetic acidCAS号：EINECS号：3740-52-1 223-128-0分子式: C8H6NO4项目数据分子量： 180.1381InChI: InChI=1/C8H7NO4/c10-8(11)5-6-3- 1-2-4-7(6)9(12)13/h1-4H,5H2,(H,10,11)/p-1熔点：沸点：闪点：138-142345.1°C at 760 mmHg155.9°C蒸汽压： 2.4E-05mmHg at 25°C2.2 缩合氧化法Takayu

7、ki 在一篇美国专利中提到了另外一种合成邻硝基苯乙酸的方法9。其具体过程是将23g 金属钠分批每次1g 加入300mL 无水乙醇溶液。之后在搅拌的情况下，于室温1.5 小时内滴加135mL 草酸二乙酯和118mL 邻硝基苯乙酸的混合溶液，然后再反应1.5 小时。当反应完毕温度降到60时加入500mL 水。水蒸气蒸馏回收未反应的邻硝基甲苯，蒸馏后液体用5g 活性炭吸收残余的邻硝基甲苯，用氢氧化钠溶液调节其pH 值到8-9 之间。然后升温至30-40。在搅拌的情况下逐渐加入6%的双氧水，同时不断的用氢氧化钠溶液进行测试，当反应液遇到氢氧化钠溶液不变黑时停止加入双氧水。继续反应一段时间，然后停止加热

8、。等反应液降低到室温时加入5g 活性吸附杂质后过滤。滤液用盐酸酸化， 然后再次过滤， 得到的固体用100mL 水冲洗三次。然后用200mL:600mL 的乙醇水溶液重结晶可以得到81.3g 邻硝基苯乙酸，得率达到45。由于其得率比较低，随后又有一些改进这种合成方法的报道10-13。具体的有用乙醇钾替代乙醇钠催化、用乙醚作溶剂、优化其合成的工艺，避免使用造价比较高的活性炭。采用本合成方法避免使用苯酚钠、乙醚等储存保管困难的试剂，生产过程也比较绿色环保，但是这种合成方法也存在如下几个问题。（1）得率低。采用本合成方法其得率一般不到60%。低得率造成其造价增加。（2）使用了双氧水脱去羧基。双氧水腐蚀

9、性比较强对反应设备要求较高，安全性也较差。（3）氧化过程需要不断的检测反应是否完成，应用到工业化有一定的困难。 2.3 工业发展趋势目前随着人们对环保的要求越来越高，化工生产的设计都朝着无污染、低能耗方向发展。这就要求工艺的步骤应该尽量减少、工艺的过程要尽量的便于操作、产品容易分离、产生的有机物质应比较容易处理或不用处理尽量做到无毒、无公害。邻硝基苯乙酸目前发展方向是进一步改进相转移催化的方法使得工艺过程尽可能的简单；使用与产生的有毒有害物质尽量减少；尽量使用容易得到的原料。进一步改进羧基化和先氧化后缩合的方法使得工艺过程简单、使用的危险物质减少、进一步提高得率降低污染。当然随着研究的进一步深

10、入，将来可能产生工艺过程更加简单的合成方法，如用邻硝基甲苯和甲酸甲酯直接合成邻硝基苯乙酸的工艺或别的更加环保、节能、高效的工艺而接下来要研究的缩合氧化法合成邻硝基苯乙酸，还需要做以下的工作：（1）提出这种合成方法的理论。（2）对其最终产品和中间产品进行分析，验证理论的正确性。（3）改进工艺过程。（4）研究氧化脱羧的过程，确定该过程的温度条件。（5）通过正交实验和进一步的探索，得出缩合反应最佳的工艺条件与各个条件之间的相互关联，并对其相互关联进行理论解释。（6）对该合成方法工业化可行性进行论证。3 缩合氧化法合成邻硝基苯乙酸理论缩合氧化合成邻硝基苯乙酸过程中的乙醇钠是通过乙醇和金属钠反应来制备的

11、，其反应过程如式：在这个过程中是乙醇与金属钠发生置换反应，生成乙醇钠和氢气。虽然这个反应是放热反应但是在试验中发现随着反应的进行，由于溶液中乙醇钠的增加溶液会变得越来越粘稠，反应会越来越慢，最后需要通过加热来加快反应，该反应时间比较长。先缩合后氧化合成邻硝基苯乙酸的过程如下式：在乙醇钠的作用下邻硝基甲苯与草酸二乙酯缩合，水解后再进一步碱化生成-邻硝基苯基-丙酮酸钠。-邻硝基苯基-丙酮酸钠在碱性条件下与双氧水发生脱羧反应，然后再酸化得到邻硝基苯乙酸。在邻硝基甲苯分子中, 由于硝基的影响使甲基上的氢原子具有一定的酸性，在乙醇钠的作用下脱去氢原子而成相应的碳负离子，可与草酸二乙酯发生类似克莱森缩合反

12、应的反应。克莱森缩合反应（Claisen 缩合反应）是指两分子羧酸酯在强碱（如乙醇钠）催化下，失去一分子醇而缩合为一分子-羰基羧酸酯的反应。参与反应的两个酯分子不必相同，但其中一个必须在酰基的-碳上连有至少一个氢原子。简单地说，该反应是一个酯分子的酰基对另一酯分子的酰基-碳原子进行的酰化反应。克莱森缩合反应的核心步骤是一个亲核取代反应，它的具体步骤如下：一分子羧酸酯在强碱的进攻下失去酰基的一个-氢原子，这是一个消除反应，并得到碳负离子A，其过程如式:A 对另一分子羧酸酯的羰基进行亲核进攻，得到中间体B，B 随后脱去碳负离子而得到产物-羰基羧酸酯，如式：产物的-氢与两个羰基邻近，因而有较强的酸性

13、，会与反应物中的强碱反应而以共轭碱的形式存在，如式：交叉克莱森缩合正如前述指出，参与克莱森缩合的两个酯分子不必相同。两种不同的酯之间的克莱森缩合被称为交叉克莱森缩合。交叉克莱森缩合事实上拓广了克莱森缩合的定义，即被酰化的酯分子可以被其他羰基化合物替代，比如酮。这样的反应遵循与前述反应相同的机理，故也归属于克莱森缩合。可以看到邻硝基甲苯和草酸二乙酯的缩合反应其实应该属于交叉克莱森缩合反应。其具体过程如下：首先，在乙醇钠的进攻下邻硝基甲苯失去一个氢原子生成邻硝基苯苄基碳负离子，如式：邻硝基苯苄基负离子进攻草酸二乙酯的羰基进行脱去乙醇钠，得到中间体，中间体经过水解得到-邻硝基苯基-丙酮酸钠，如式:双

14、氧水对中间体-邻硝基苯基-丙酮酸钠的氧化过程是, 在碱性条件下-邻硝基苯基-丙酮酸钠在双氧水作用下脱去羧基生成邻硝基苯乙酸。一般情况下，羧酸中的羧基较为稳定，不易发生脱羧反应，但在特定的条件下，羧酸能脱去羧基（放出二氧化碳）。最常用的脱羧方法是将羧酸的钠盐与碱石灰（CaONaOH）或固体氢氧化钠反应，使得羧酸的钠盐脱去羧基。这个反应对一般的脂肪酸，尤其是长链的脂肪酸，需要较高的反应温度，产率也很低，加之不易分离，所以一般不用来制备烷烃。但是若脂肪酸的-碳原子上带有吸电子基团如硝基、卤素、羰基、氰基等时，则使得脱羧容易而且产率也高。例如三氯乙酸的钠盐在水中50就可脱羧生成氯仿。-邻硝基苯基-丙酮

15、酸钠之所以能够发生脱羧的反应主要是由于其本身的结构不是很稳定，同时又有硝基的吸电子效应和强氧化剂双氧水的作用，因此其在强碱的催化作用下比较容易发生如下反应：但是在试验中我们发现,如果温度较高它就会发生继续脱羧的反应，如下式：这主要是由于苯环上的硝基的吸电子作用可以通过苯环发生传递，影响到羧基，在这个过程中要不断的加入氢氧化钠溶液来进行催化，加之双氧水的强氧化作用导致进一步脱羧反应较易进行。氧化脱羧的反应是一个放热的过程。因此在氧化脱羧的过程中一定要注意温度的控制和pH 值的控制。否则很容易发生进一步的脱羧的反应，造成得率明显下降。3.1 方案论证图14 毕业设计的目标和内容4.1 毕业设计目标

16、对相关研究报告进行工业化可行性分析，以邻硝基甲苯为原料，完成年产300吨邻硝基苯乙酸车间工艺设计。4.2 毕业设计内容完成资料查阅、确定生产工艺、绘制工艺流程图，结合工程实际收集所需资料及检索相关规范标准，从技术可行性和经济合理性两方面确定设计思路。物料衡算、能量计算、设备工艺计算及选型，进行车间工艺设备布置、绘制平面布置图、编写设计说明书。5 工作进度安排2013.12下旬-2014.1下旬 选题，相关资料查阅，搜集素材。2014.2下旬-2014.3上旬 完成开题报告。2014.3下旬-2014.4中旬 设计工艺流程图，进入设计数据核算和检验。2014.4下旬-2014.5上旬 综合小结，

17、撰写论文。2014.5中旬-2014.5下旬 根据老师要求修改论文。6 参考文献1 孙荣康,魏运洋.硝基化合物炸药化学与工艺学M.北京兵器工业出版社,1992:177-188.2 蔡春,吕春绪. 提高对硝基甲苯生成比例的工业方法探讨J. 现代化工, 1998, 3:31-33.3 董云. 一硝基甲苯及其衍生物的开发(一)J. 化工中间体, 2003, 23:8-12.4 董云. 一硝基甲苯及其衍生物的开发(二)J. 化工中间体, 2003, 24:10-14.5 张姝, 白金泉, 郭丰艳. 邻硝基苯甲醛合成方法研究进展J. 广东化工,2009,9:73-76.6 刘志强,巨修练. 邻甲酰胺基苯

18、甲酰胺类化合物的合成J. 合成化学, 2009,5:597-599.7 蔡可迎, 张佳伟, 魏贤勇. 苯并呋喃-2(3H)-酮的合成J. 应用化学,2006,06:12-15.8 王鹏, 李海华. 由邻硝基甲苯制备邻卤代苯乙酸的新方法J. 北京理工大学学报,2002,02:27-28.9 Takayuki Naito,Tokyo,Jun Okumura,Hajime Kamachi .7-(-aminomethyl phenyla-cetamido)-3-(tetrazolo4,5-bpyridazin-6-ylthio-methyl)-3-cepthem-4-carboxylicacidP.US3814755,1974:7-8.10 杨艺红, 向建敏. 邻硝基苯乙酸及其酯的合成研究J. 湖北化工, 1995,4:10-1111 Amy M. Bunker, Jeremy J. Edmunds,Kent A. Berryman, Donnelle M. 1,3-diaryl-2-ca