关键词:
香草醛
合成
溴甲酚
甲氧基化反应
氧化反应
工程分析
摘要:
香草醛逐渐成为了世界上产量和消费量最大的香料之一,随着合成香料在人们生活中的应用越来越广泛,其产量得到不断的提升,其市场空间无疑是巨大的。随着乙醛酸法的应用,国内香草醛的生产技术无论是工艺还是工程水平均已经达到国际先进水平。而且随着阿魏酸生物合成香草醛方法的工业化应用,生物技术的技术颈瓶也得到突破。但是,目前研究较多的对甲酚合成路线还没有得到真正实施。本论文主要围绕溴甲酚制备香草醛进行了一系列的研究工作,通过参考国内外大量相关文献,自行搭建了小试实验装置,经过不断的实验和总结分析,探索出了一条绿色高效的合成工艺路线。通过两步反应得到香草醛,综合分析得出溴甲酚合成路线生产成本和三废排放量皆低于愈创木酚路线。采用本工艺合成香草醛和国内标杆企业化工等传统合成香草醛方法相比,具有更强的竞争力。本工艺采用两步反应制备工艺技术。第一步,甲氧基化反应:以溴甲酚、氢氧化钠、催化剂、甲醇和甲醇钠为原料,其中溴甲酚先与氢氧化钠反应生成溴甲酚钠盐,溴甲酚钠盐在有机溶剂和催化剂(氯化亚铜)存在下与甲醇钠反应,反应温度50-65℃,反应时间3.67h,甲氧基化反应收率达到了 95%。反应后,进行常压蒸馏回收甲醇。母液加硫酸溶液进行酸化、甲苯萃取,回收溶剂甲苯,再进行脱重组分处理;脱重组分经精馏得到4-甲基愈创木酚,它是生产香草醛的中间体。通过工艺优化,甲氧基化反应步骤不仅不采用传统工艺中DMF为溶剂,而且甲醇钠使用量大幅度降低,因而成本低,工艺操作更简单。第二步为空气催化氧化反应:以上述制备的中间体4-甲基愈创木酚、空气、氢氧化钠、催化剂和溶剂为原料,进行空气催化氧化得到香草醛,其中催化剂成分为乙酰丙酮钴(代号催化剂2A)和氯化钻(代号催化剂2B);溶剂为聚乙二醇偏甲醚(溶剂A)和乙二醇(溶剂B)。本研究通过实验对比,优化了氧化反应的催化剂以及溶剂的原料配比,分析研究了氧化反应的动力学数据,提出了最优化的工艺技术。氧化反应收率达到92%,香草醛总收率达到了 87.4%。本研究的反应属于绿色化工工艺过程,原子经济性好,从环境角度来看,大规模工业化生产具有相当大的优势。、本论文分析了 l000t/年香草醛的工业大生产物料平衡,原辅料需求情况。计算了该设计目标的能源消耗,与已有装置性能进行了可行性对比分析。设计了生产主要装置的规格,提出了设备的选型,梳理了三废产生情况。根据市场需求和现有公用工程的匹配分析,需要设计香草醛工业大生产装置的产能为1OOOt/年。通过分析计算,设计高压氧化反应釜3套、甲氧基化反应釜2套,精馏塔2套、刮膜蒸发器2套,溶剂A和溶剂B的精馏采用同一个精馏塔,切换处理,能同时满足两种溶剂的精馏需要。根据能源使用情况统计,总低压蒸汽用量18158.8kg/d,折合18.2t/d,总循环水用量2178.1t/d。