苯甲醛的合成工艺技术开题报告

开题报告题目苯甲醛的合成工艺技术姓名所在系部专业班级指导教师2012年12月一、选题的背景与研究意义背景：苯甲醛(Benzaldehyde)，无色或浅黄色，是一种强折射率的挥发性油状液体，具有苦杏仁味，故又称苦杏仁油。苯甲醛的熔点－26℃，沸点178℃，相对密度1.0415（104℃）。能与乙醇、乙醚、氯仿等混溶，微溶于水。能进行水蒸气蒸馏。苯甲醛的化学性质与脂肪醛类似，但也有不同。苯甲醛不能还原费林试剂；用还原脂肪醛时所用的试剂还原苯甲醛时，除主要产物苯甲醇外，还产生一些四取代邻二醇类化合物和均二苯基乙二醇。在氰化钾存在下，两分子苯甲醛通过授受氢原子生成安息香。苯甲醛还可进行芳核上的亲电取代反应，主要生成间位取代产物，例如硝化时主要产物为间硝基苯甲醛。研究意义：本论文对甲苯侧链氯化水解法制备苯甲醛产品的方法进行了研究，提高了苯甲醛的收率，并得到了最佳工艺条件。重点考察了直接碱性水解和酸碱复合水解，甲苯氯化时反应时间、光照效率，蒸馏时真空度、塔顶出料液时的温度对收率的影响。从国内市场来看，无氯苯甲醛市场需求很大。为了满足市场对苯甲醛日益增长的需要，研究和开发一条经济、有效的制备苯甲醛的新途径是十分必要和有意义的。甲苯氯化水解法就是一种适于大量生产无氯苯甲醛的好方法。①可以充分利用甲苯催化重整过程的迅速发展，使得甲苯价廉易得，产量不断增长。从甲苯的有效利用和经济效益两方面来考虑，甲苯作为苯甲醛的生产原料，可说是最理想的选择。②生产大量无氯苯甲醛，以满足食品、香料、化妆品、医药等工业对无氯苯甲醛的日益增长的需要。③由甲苯生产无氧苯甲醛可创造可观的经济利益。甲苯的价格较苯甲醛低得多，甲苯一般为4000元/吨，而苯甲醛为16000元/吨。总之甲苯氯化水解法是一种价廉物美的苯甲醛生产方法，生产能力大，污染少，是值得研究开发的方法。由于甲苯液相空气氧化法仍存在低选择性或低收率的最大不足，所以至今仍没找到一种有效的适合工业生产的方法。其根本原因是苯甲醛极易被O2氧化成苯甲醛，从而很难控制氧化深度。二、研究的思路与主要内容本文所研究的主要内容就是甲苯氯化水解法工艺条件的选择和优化，它包括以下几个方面:1.氯化反应温度对反应的影响2.光照效率对反应的影响3.真空度对反应的影响4.塔顶出料液温度对反应的影响5.水解法对反应的影响通过对各种影响因素的单因子实验，找到甲苯液相空气氧化法制苯甲醛的最佳反应条件，以期在较高的甲苯转化率的情况下，提高苯甲醛的选择性，从而提高苯甲醛的产率。其关键是水解法的选择、反应温度和氯化深度的控制。苯甲醛的主要合成方法是本论文要研究的内容。苯甲醛生产新工艺的开发，国内外都做了大量的研究工作，其中最重要的有：以甲苯为原料的气相或液相氧化、间接电解氧化法、三氧化二锰非均相氧化法、超(近)临界流体中氧化法和仿生催化氧化法。除此以外，还有苯甲醇氧化法或苯甲酸还原法，近临界水中肉桂醛水解法。(1）甲苯氯化水解法甲苯光照氯化生成氯化苄，把氯化苄分出，得到的蒸馏残液中含二氯苄80％～85％、一氯苄10％～15％、三氯苄1％～2％(均为质量分数)，水解采用直接碱性水解和酸碱联合水解法，再精馏得苯甲醛。(2)间接电氧化法Mn(I)先经电解氧化生成Mn(Ⅲ)，继而在槽外的反应器中与过量的甲苯反应，将甲苯氧化成苯甲醛，同时Mn（Ⅲ)被还原成Mn(Ⅱ)．经处理后，含Mn(Ⅱ)的水相返至电解槽再进行电解氧化．有机相通过精馏分离得到苯甲醛，而过量的甲苯则可循环使用，从而构成了一个闭路循环体系。（3）甲苯空气氧化法A．甲苯气相氧化法甲苯气相氧化反应一般是在固定床或流化床反应器中进行的。该法以空气为氧化剂，温度控制在350-550℃之间，使甲苯发生适度氧化而制得苯甲醛。该工艺由于原料易得、价格低，加之生产能力大，宜于连续化和自动化操作，因而是～条最具工业化前景的工艺路线。目前用于该反应的催化剂大致可分为钒基催化剂、钼基催化剂、铁锑氧化物催化剂等。B．甲苯液相氧化法与气相氧化相比，甲苯的液相氧化不会产生CO2气体，且空气中不会夹带甲苯，更适合于空气或氧气的循环．液相氧化甲苯的工艺过去大多用于羧酸的制备，虽然苯甲醛也是一个中间产物，但含量很低。如果反应在醋酸介质中进行，并用醋酸钴作催化剂．溴化钠作助催化剂就有可能获得较高产量的苯甲醛。（4）苯甲醇氧化法通过苯甲醇氧化制备苯甲醛的方法，现在着重研究借助相转移催化剂和电解反应。由于加入相转移催化剂，使得有机相和水相的反应更充分，再加上电解反应可循环性，使整个工艺更有利于环境保护。相转移催化剂通常为TBAHS(tetrabutylammoniumhydrogensulfate)，氧化剂则可以是ClO-、BrO一等。（5）还原法一般以芳香酸或其酯(如苯甲酸或苯甲酸甲酯)为原料，在适宜的催化剂作用下进行选择性加氢还原反应。A.苯甲酸还原法苯甲酸加氢使用的催化剂有Ti、Yb、Mn／Al2O3、Mn-Cu-An／Al2O3等。其中Ti类催化剂转化率低，Yb类催化剂成本较高，相比之下Mn类催化剂成本较低且制备方便，催化性能也较好．B.苯甲酸甲酯还原法苯甲酸甲酯的催化加氢法由于操作较为简单，产品容易提纯。苯甲酸甲酯一般由苯甲酸与甲醇在浓硫酸催化下进行酯化反应制得，然后将制得的苯甲酸甲酯在固定床反应装置上进行催化加氢生成苯甲醛．在此过程中催化剂的选择尤为重要，现有的用于苯甲酸甲酯加氢合成苯甲醛的催化剂有ZrO：系列、Cu-Cr系列、Y2O3系列和7-A12O3系列等(6)三氧化二锰法该工艺最初使用二氧化锰为起始原料，二氧化锰在600℃下灼烧转变成三氧化二锰。由于循环水相不用进行电解，所以水相中的苯甲醛对工艺循环无影响，三相各自构成循环形成氧化法生产苯甲醛的绿色化生产工艺的框架。(7)超临界流体法超临界流体内部的分子和原子处在激烈的高能热运动状态，它能加速和促进反应物质在分子或原子水平上的化学和物理反应。最常用的超临界流体是二氧化碳和水。A.超临界二氧化碳法以过氧化氢为氧源，在无催化剂的条件下，甲苯在超临界CO中氧化生成苯甲醛.该工艺可克服传统工艺易污染环境、选择性差等缺点，具有反应条件温和、无催化剂、工艺简单等优点，缺点是收率较低，在最佳工艺条件P=30MPa，T=l80℃，t=4h，过氧化氢与甲苯物质的量比为2.5下，苯甲醛收率仅为2％左右。B.超临界水法以过氧化氢为氧源，甲苯在近临界水中氧化生成苯甲醛.该工艺既避免了使用催化剂，又是均相反应，从而大幅提高了反应效率，在最佳工艺条件：反应时间60min，过氧化氢与甲苯的物质的量比3.5，反应温度350左右，苯甲醛收率可达17.4％，是一条环境友好且具有相当应用潜力的直接氧化合成苯甲醛的新工艺。相对于甲苯气相空气氧化法，甲苯液相氧化法具有苯甲醛产率较高，产物成分较简单易分离提纯，反应条件温和，污染少等优点。与苯甲醛的另一种工业制法甲苯氯化水解法相比，此法最大的优势就是生产的苯甲醛不含氯，适于医药、香料、化妆品等行业上使用。通过对直接碱性水解法和酸碱复合水解法对收率的影响，选出合适经济的水解法。通过对甲苯氯化时反应时间、光照效率，蒸馏时真空度、塔顶出料液时的温度对收率的影响，选出优化的工艺条件。三、进度计划根据学校毕业论文进度安排，结合自己的实际情况，拟定论文进度计划为：1.十二月至一月中旬收集资料，确定设计系统总体方案，撰写开题报告。2.一月中旬至二月上旬根据题目和开题报告搜集相关资料。3.二月上旬至二月下旬初完成初稿，并交于指导老师批阅，并在指导老师的指导下对初稿进行修改。4.2010/3/8--2010/3/12进行毕业论文中期检查工作。5.2010/4/19--2010/4/23准备并完成正式答辩。四、参考文献[1]刘正西苯甲醛生产工艺探讨辽宁化工20011130[2]邵洪根周颖苯甲醛生产技术部析氯碱工业200488[3]张彰朱宪何翔武光亮间接电氧化生产苯甲醛工艺研究上海大学学报2001271[4]朱宪王彬张彰王倩蒋超苯甲醛清洁生产技术研究进展化工进展2005242109[5]朱晨燕朱宪苯甲醛绿色生产新工艺高校化学工程学报200010145[6]戴琳王志祥史益强苯甲醛绿色生产工艺研究进展化工时刊2006112011[7]缪伶朱宪苯甲醛绿色化生产进展上海大学学报2002884[8]朱宪王彬缪伶张彰王芳苯甲醛绿色生产工艺的优化石油学报20048204[9]胡万里邵晓红周定槽内式电合成苯甲醛的研究哈尔滨工业大学学报19993153436[10]黄凤兴刘晓红马小荣苯甲酸选择加氢制无氯苯甲醛的研究石油化工.1999287429431[11]蒋福宏王强熙乐海鳖等加氢还原法制备苯甲醛金陵石油化工199734143[12]董文生牛玉琴陈正华等苯甲酸甲酯催化加氢制苯甲醛石油化工19952411776779[13]王军沈志斌王伯康苯甲醛的制备研究化学世界19954201203[14]沈银成苯甲醛制备工艺技术探讨江苏化工19972513739