喹吖啶酮工艺

化学工艺学论文题目喹吖啶酮生产工艺路线选择与分析姓名谢思宇学号2013140427院（系）化学化工学院化工系专业、年级化学工程与工艺2013级指导教师赵海红二〇一六年五月目录一、概述........................................................................................................................11.1物质概况.............................................................................................................11.2使用工艺特点.....................................................................................................11.3选题意义及背景.................................................................................................2二、喹吖啶酮生产工艺评述........................................................................................22.1生产工艺总述.....................................................................................................22.2、以二甲苯为起始原料工艺..............................................................................32.3、以丁二酸为起始原料工艺..............................................................................32.4、工艺路线选择..................................................................................................3三、喹吖啶酮颜料工艺选择及原理............................................................................43.1生产原理.............................................................................................................43.2工艺选择.............................................................................................................63.2.1现有生产工艺.............................................................................................63.2.2本文选用生产工艺.....................................................................................7四、喹吖啶酮项目的工艺设计....................................................................................74.1主要原料.............................................................................................................74.2工艺流程及反应设备介绍.................................................................................74.2.1合成工段....................................................................................................74.2.2表面处理工段...........................................................................................10五、反应过程的影响因素..........................................................................................13六、参考文献..............................................................................................................151一、概述1.1物质概况喹吖啶酮类颜料具有优异牢度性能、色光鲜艳、着色力强的橙色、红色和紫色颜料品种.目前，喹吖啶酮颜料已经成为当前在汽车涂料、塑料、金属印墨、建筑材料等方面着色被广泛应用的高档有机颜料。喹吖啶酮颜料的主体结构的合成研究己有六十年历史了，其合成工艺路线较多,总结已往的合成工艺，以不同的起始原料，如：对二甲苯、对苯二醌、对苯二酚、双乙烯酮、丁二酸等，经多步合成，得到目的产品。1.2使用工艺特点合成喹吖啶酮及其衍生物的重要中间体主要有丁二酸二甲酯（DMC）和丁二酰丁二酸二甲酯（DMSS）。丁二酸二甲酯目前在工业上主要用丁二酸和甲醇在催化剂作用下发生酯化反应制得，就是反应所用催化剂的选取存在差异，而丁二酰丁二酸二甲酯的合成方法很多，使用最多的是用丁二酸二甲酯和醇钠发生缩合反应来进行合成。本项目采用丁二酸二甲酯缩合法，该方法制备过程中，物料颜色逐步加深，溶解性有大变小，过程中的少量副产品对成品色光影响很小，操作条件温和，需提纯也较容易，陈品无需转晶即可得到制定晶型化合物，成本低。21.3选题意义及背景当今化工行业的发展趋势是安全无污染、低耗能高产量。但是不论采用哪种高沸点惰性溶剂和极性助溶剂组成的混合溶剂参与反应，都难免存在着反应时间长、产物不易分离提纯、产品的纯度和收率不高、浪费严重、环境污染等这样或那样的问题。丁二酸二甲酯有很高的沸点（200℃），还可以与甲醇以任意比例互溶。国外采用以丁二酸二甲酯既作为反应原料又作为高沸点惰性溶剂，甲醇钠溶液中的甲醇及反应过程中生成的甲醇作为极性助溶剂，通过丁二酸二甲酯和甲醇钠反应来制取丁二酰丁二酸二甲酯。这样不仅参与反应的原料品种少、不用回收处理溶剂，而且反应快、产品纯度及收率高、环境污染大为改善实现“无溶剂”合成丁二酰丁二酸二甲酯的工艺方法。二、喹吖啶酮生产工艺评述2.1生产工艺总述喹吖啶酮制备技术的研究发展至今天，已出现了很多方法，一些方法也在工业上得到了应用，其中已工业化的工艺主要有两条：1、以对二甲苯为起始原料经溴化、氧化、缩合、环化得粗品颜料。与带不同取代基的苯胺衍生物缩合得到不同的颜料品种。2、以丁二酸为原料，通过缩合、环化、氧化的化学过程和冷却、分离、洗涤、干燥的物理过程，制备产物喹吖啶酮。32.2、以二甲苯为起始原料工艺以二甲苯为起始原料制备产物,最主要的问题在于三废多,不符合绿色化学的生产思想,并且组成复杂,又溶剂\副产及催化剂等,处理较难,采用醋酸为溶剂空气氧化或稀硝酸高温氧化设备防腐难以解决,而采用对苯二甲酸直接溴化则副产品多,收率低.因此难以达到理想的生产工艺路线.2.3、以丁二酸为起始原料工艺以丁二酸为起始原料,通过缩合、环化、氧化的化学过程和冷却、分离、洗涤、干燥的物理过程，制备产物。这一路线不仅收率高,”三废”也易处理,是应用最广的合成路线.2.4、工艺路线选择本文采用丁二酸二甲酯缩合法时，参与反应的甲醇钠是一种强极性化合物，根据相似相容原理，反应时进入到溶解有丁二酸二甲酯的低极性有机溶剂中的甲醇钠只有一少部分，反应只能在固液界面上发生，限制了反应的进行。为了有利于酯缩合反应的进行，反应时需要加入少量对强碱稳定的极性非质子溶剂作为助溶剂。这样甲醇钠、丁二酸二甲酯都能和极性助溶剂很好的互溶，从而大大增加了甲醇钠和丁二酸二甲酯的接触机会，固液界面反应变成了液液反应，保证了反应的顺利进行。合成喹吖啶酮及其衍生物的重要中间体主要有丁二酸二甲酯（DMC）和丁二酰丁二酸二甲酯（DMSS）。丁二酸二甲酯目前在工业上主要用丁二酸和甲醇在催化剂作用下发生酯化反应制得，就是反应所用催化剂的选取存在差异，而丁二酰丁二酸二甲酯的合成方法很多，4使用最多的是用丁二酸二甲酯和醇钠发生缩合反应来进行合成。通过把丁二酰丁二酸二甲酯用丁二酸和甲醇钠为原料（将高沸点惰性溶剂和极性助溶剂用丁二酸二甲酯和甲醇钠代替），氧化剂用双氧水代替大多数企业普遍用的间硝基苯磺酸钠，通过缩合、环化、氧化的化学过程和冷却、分离、洗涤、干燥物理过程，制备产物喹吖啶酮。采用了“无溶剂法”，及使用原料丁二酸二甲酯和甲醇钠分别替代原先使用的惰性溶剂和极性助溶剂。氧化剂使用的是双氧水代替大多数企业普遍用的间硝基苯磺酸钠，降低了环境污染，实现绿色合成。本文采用丁二酸二甲酯缩合法，该方法制备过程中，物料颜色逐步加深，溶解性有大变小，过程中的少量副产品对成品色光影响很小，操作条件温和，需提纯也较容易，陈品无需转晶即可得到制定晶型化合物，成本低。三、喹吖啶酮颜料工艺选择及原理3.1生产原理目前工业上大多采用丁二酸和甲醇通过酯化反应来制备丁二酸二甲酯（DMS），反应第一步生成丁二酸单甲酯（酸性酯），然后进一步生成丁二酸二甲酯（中性酯），反应原理如图4.1所示。5图3.1丁二酸二甲酯制备原理丁二酸二甲酯缩合法（反应原理如图4.2所示）是在一定的惰性反应溶剂中，用丁二酸二甲酯和甲醇钠，再加入一定量的极性助溶剂，于100~105℃温度范围内，通过克莱森缩合和狄克曼缩合成环作用，得到丁二酰丁二酸二甲酯的钠盐，再用硫酸或者盐酸中和，最后烘干得到丁二酰丁二酸二甲酯（DMSS）。图3.2丁二酸二甲酯缩合法制取丁二酰丁二酸二甲酯的反应原理DMSS形成后，加入苯胺或其他取代芳香胺，在酸催化下反应生产62,5—二芳胺基一3，6一二氢对苯二甲酸甲酯，尔后，进一步升温至250℃并通过Conrad-Limpach缩合闭环得到6—13—二氢喹吖啶酮或其取代物，该生成物最后在醇的碱性水溶液中氧化得到喹吖啶酮或其衍生物颜料粗品。图3.3DMSS缩合闭环制备喹吖啶酮3.2工艺选择3.2.1现有生产工艺喹吖啶酮颜料的主体结构的合成研究己有六十年历史了，其合成工艺路线较多,总结已往的合成工艺，以不同的起始原料，如：对二甲苯、对苯二醌、对苯二酚、双乙烯酮、丁二酸等，经多步合成，得到目的产品。其中已工业化的工艺主要有两条：1、以对二甲苯为起始原料经溴化、氧化、缩合、环化得粗品颜7料。与带不同取代基的苯胺衍生物缩合得到不同的颜料品种。2、以丁二酸为原料，经系列反应，得到目的产品。3.2.2本文选用生产工艺合成喹吖啶酮及其衍生物的重要中间体主要有丁二酸二甲酯和丁二酰丁二酸二甲酯。丁二酸二甲酯目前在工业上主要用丁二酸和甲醇在催化剂作用下发生酯化反应制得，就是反应所用催化剂的选取存在差异，而丁二酰丁二酸二甲酯的合成方法很多，使用最多的是用丁二酸二甲酯和醇钠发生缩合反应来进行合成。本