高纯度对甲苯磺酸的合成工艺研究

高纯度对甲苯磺酸的合成工艺研究

1在氧化物方面的应用甲基苯磺酸作为一种精细化工产品，用途广泛。首先它作为催化剂广泛用于各种化学反应,如酯化、缩醛、脱水、烷基化、贝克曼重排、聚合和解聚等。在这些反应中,它像硫酸一样有效,但效果更好。因为它不发生氧化和结碳等副反应,得到的产品纯度高,颜色浅。其次,在有机合成中,常用于生产对甲苯磺酰胺、对甲苯磺酰氯和对甲酚等。另外,对甲苯磺酸还可用作酚醛、环氧、氨基塑料、家具清漆、染料和粘合剂等方面的添加剂。但因一般产品对甲苯磺酸含量低,游离硫酸高,生产工艺落后,远远不能满足各方面的需求。本文研究了以硫酸为磺化剂与过量甲苯反应,在反应结束后加入助剂,获得高纯对甲苯磺酸的工艺方法。2实验部分2.1亲电取代反应用硫酸磺化甲苯生成对甲苯磺酸是一典型的烷基苯磺化实例。反应式如下:该反应由于甲苯环上的л电子集中在分子平面的上下两边,易受亲电试剂H2SO4的进攻而发生亲电取代反应,这是芳烃的重要性质。当甲苯与硫酸接近时,甲苯的π电子首先和硫酸接近形成π络合物,但这种结构是松散的。然后磺化剂与苯环上的一个碳原子相连接,此时碳原子由先前的SP2杂化成为SP3杂化,并与磺化剂结合成带有正电荷的环状中间体即σ络合物,然后再失去一个H质子成为磺化甲苯。反应历程如下:从反应历程可以看出,甲苯的磺化分2步进行,其中形成σ络合物是反应控制步骤,磺化的速度由该步决定。2.2月酸工业一级品,大连工业大学甲苯:工业一级品,抚顺石油二厂产;硫酸:工业一级品,大连化工厂产;助剂:自制。电加热釜、500mL四口瓶、油水分离器、电动搅拌器、球形冷凝器。2.3水处理流程首先将定量甲苯加入反应器中加热升温,在甲苯回流及搅拌状态下滴加定量硫酸,在30min内将硫酸加完继续反应,脱出的水持续进入油水分离器中,待反应达到2h后停止。将上述反应液在搅拌状态下加入定量甲苯稀释后降到60℃加入助剂A,继续将反应液降升温加入助剂B,此时出现大量结晶,将此结晶冷却至室温后抽滤,并用50℃甲苯洗涤2次后,于70℃真空干燥即为成品。3正交实验结果用硫酸磺化甲苯,产品的质量和收率受反应过程中诸多因素影响。为提高收率和产品质量,采用了L9(34)的正交设计方案进行实验,确定了最佳工艺参数。正交实验安排及其结果列于表1。对于表1的正交实验数据,分析各因素对产品纯度及收率影响如下所述。3.1细胞系统的不确定量见表1.规从表1结果可知,原料配比是对产品纯度、收率影响最大的因素。该因素对产品纯度与收率的极值分别为1.97和1.98。实验中发现,原料配比的大小直接影响反应系统的温度。温度的高低与物料配比成反比,物料配比愈大,反应系统温度愈低,反应液中邻位异构体含量相对加大。配比愈小,系统温度增高,反应液中间位异构体数量加大。两种异构体的生成,都将影响产品质量和收率。通过表1数据分析,则选甲苯∶硫酸为1.5∶1为最佳物料配比。3.2反应的程度试验从表1数据分析结果看出,本研究中反应时间对产品纯度及收率的影响仅次于物料配比,其极值分别为1.55和1.65。判断该磺化反应进行的程度,试验中最直观的方法就是根据反应系统脱水量的多少。水脱出愈多,体系中目的产物量愈多,脱水量又与反应时间成正比,但反应时间达到系统平衡状态后,再延长时间也毫无意义。实验中选取三水平考查,通过结果分析得出反应时间2h为最佳。3.3硫酸沉集成分配实验中硫酸的滴加时间对产品收率影响较大,极值1.01。滴加时间过短,反应系统中瞬时聚集较多硫酸沉集于反应器底部,使得底部的热量散发较困难,同时也使反应系统物料混合不均匀,这样导致最终产品颜色加深,质量下降。但加料时间过长对整个工艺并无更大意义。根据实验数据分析,认定选30min为硫酸最佳滴加时间。3.43从表1数据分析得知,助剂的加入量对产品质量及收率都有较大影响,极值分别为0.9和0.69。该工艺是集合成与产品精制于同一反应器中,其助剂加入量少,达不到精制效果,使产品质量达不到要求。助剂加入量大,使产品收率降低。所以必须选择一个合适的值,使产品有较好的纯度和收率。通过实验结果确定最佳助剂加入量为总原料量的10%。3.5最佳工艺参数下的产品质量评价在所确定的最佳条件下进行验证实验,其结果见表2。表2显示,按最佳工艺参数进行实验所获对甲苯磺酸产品完全满足高纯度产品质量要求。将本实验产品与意大利斯尼亚公司所需对甲苯磺酸高纯产品指标对比列于表3。3.6产品识别方法产品一水合物含量、SO2−442-、Fe3+均采用化学分析法,熔点测定采用标准的熔点测定法。4最佳工艺验证结果本研究采用硫酸为磺化剂制备高纯对甲苯磺酸产品,其工艺特点是将合成与产品精制过程通过系统中加入助剂的方法同步完成。简化了过程,降低了成本。所获产品指标可满足用户对高纯度产品的要求。按照最佳工艺操作参数,物料比1.5∶1,反应时间2h,滴加磺化剂时间30min,助剂加入