对甲苯磺酰氯生产可行性报告 对甲苯磺酸生产工艺设计

2020-12-16 01:59:29 来源：朵拉利品网

1, 对甲苯磺酸生产工艺设计

对甲苯磺酸的主要合成方法
磺化反应中使用的磺化剂主要有：发烟硫酸、硫酸、三氧化硫、二氧化硫、氯磺酸、硫酰氯、亚硫酸盐等。甲苯磺化成对甲苯磺酸采用的磺化剂主要有硫酸、三氧化硫、氯磺酸三种。合成对甲苯磺酸的主要方法有：硫酸磺化法、三氧化硫磺化法、氯磺酸磺化法、对甲苯磺酰氨水解法，它们各有自己的特点。
1、硫酸磺化法
用硫酸磺化甲苯，是采用最多且历史最长的工艺。磺化反应过程如下：
磺化反应速度与甲苯浓度成正比，与硫酸含水量的平方成反比，所以需使用含水少的硫酸和纯度高的甲苯，但磺化反应是可逆反应，每消耗lmol的硫酸就生成lmol的水，水的浓度随反应的进行而逐渐升高，最后达到平衡，产生大量的废酸。
工业生产中，一般采用分压蒸馏法来除掉磺化反应生成的水，使磺化反应进行完全。
用硫酸作磺化剂，其优点是：由于硫酸价格低而具有一定的市场竞争力，且生产工艺简单、设备投资低、易操作等，适用于小规模生产装置。但此工艺的反应收率低、产品纯度低，反应进行时随着水的生成，硫酸浓度下降，当达到95%时（π值为75%），反应停止，产生大量的废酸，严重污染环境。最新的研究表明，采用添加助剂的方法可适当提高产品质量和反应收率。
2、 三氧化硫磺化法
理论上，三氧化硫是最有效的磺化剂，因为只是直接的加成而不用脱除反应生成的水。在适宜的条件下，产品几乎全部是对甲苯磺酸。
以气相三氧化硫磺化剂磺化甲苯，宜选择降膜吸收反应器，采用1%的有机酸（如加入醋酸可抑制砜的产生）作为定位剂，温度控制在17℃-2O℃之间，SO3气体浓度6%一9%，反应得到的对甲苯磺酸纯度高。
用三氧化硫作磺化剂的优点是：反应安全、速度快、三废少、收率高、副产物少、产品纯度高。缺点是：生产工艺复杂，一次性设备投资大，反应设备结构复杂，工艺操作要求高，三氧化硫运输困难，此方法对硫酸生产企业较适用。
3、氯磺酸磺化法
氯磺酸是一种液态磺化剂，用它磺化甲苯时放出氯化氢气体，由于磺化时不生成水，所以不需用较高的温度和分压法除去水，其缺点是氯磺酸价格较高，放出的氯化氢具有较强的腐蚀性。用氯磺酸磺化甲苯的最佳温度是35℃-45℃，且应在2-3小时内，慢慢加入等摩尔的氯磺酸，然后将产物加热到6O℃ ，这时有氯化氢气体放出。采用此方法生产对甲苯磺酸，在生产对甲苯磺酸的同时产生14%-16%的副产品邻甲苯磺酸，收率为90%-95%。
采用氯磺酸磺化制对甲苯磺酸，需严格控制反应条件，尤其是氯磺酸与甲苯的比例，因为氯磺酸过量易产生邻/对甲苯磺酰氯，当氯磺酸与甲苯的摩尔比达到3:1时，甲苯完全转化为邻/对甲苯磺酰氯。
用氯磺酸作磺化剂的优点是：操作简便、产品纯、副产氯化氢可用水吸收制盐酸。缺点是氯磺酸价格高，产品生产成本高，缺乏市场竞争力。
4、对甲苯磺酰氨水解法
为得到高纯度的对甲苯磺酸，可采用先用氯磺酸磺化制对甲苯磺酰氯，然后再水解制对甲苯磺酸。
对甲苯磺酰氯水解过程中必须严格控制水解温度，以防冲料。采用此方法得到的对甲苯磺酸产品纯度很高，但由于生产工艺的原因而明显缺乏市场竞争力，适用高品位、小批量生产。
四、对甲苯磺酸合成方法优劣之比较
生产对甲苯磺酸主要用磺化法，磺化剂可采用硫酸、发烟硫酸、氯磺酸和三氧化硫等。其工业生产各有优劣。
用氯磺酸磺化法操作简便、产品纯、副产氯化氢可用水吸收制盐酸，但是氯磺酸价格高，产品生产成本高，缺乏市场竞争力。
采用对甲苯磺酰氨水解法得到的对甲苯磺酸产品纯度很高，但由于生产工艺的原因而明显缺乏市场竞争力，适用高品位、小批量生产。
相比之下，由于硫酸价格低而具有一定的市场竞争力，且生产工艺简单、设备投资低、易操作等，所以硫酸磺化法适用于小规模生产装置。但此工艺的反应收率低、产品纯度低，反应进行时随着水的生成，硫酸浓度下降，当达到95%时（π值为75%），反应停止，产生大量的废酸，严重污染环境。
用三氧化硫作磺化剂有很多优点，反应安全、速度快、三废少、收率高、副产物少、产品纯度高。但是生产工艺复杂，一次性设备投资大，反应设备结构复杂，工艺操作要求高，三氧化硫运输困难，此方法对硫酸生产企业较适用。
经过比较和分析可知，前几种磺化剂因含有水分，氧化能力较差，并且反应生成物对邻位比低，副产物多，不易分离，包泽差，气味难闻，腐蚀性强，特别是生产过程要排出大量废酸，因此仅适于小规模装置。与此相反，三氯化硫没有上述缺点，是一种有力的磺化剂。

3, 对甲苯磺酰氯

苯磺酰氯是一种常用的磺化试剂，多用来制备磺酰胺、磺化酯和砜。
1、磺酰胺
氨基的保护（磺酰胺的形成） 。 苯磺酰氯多用来保护胺、吲哚以及其它含氮官能团 （1）。其它芳基或烷基磺酰氯 （如对甲苯磺酰氯和甲基磺酰氯） 也可用作氨基的保护基。反应中碱和溶剂的选择取决于反应底物。
2、磺化酯
磺化酯的形成 。苯磺酰氯能和醇以及N-羟基化合物反应生成磺化酯，生成的磺化酯基是一个较好的离去基团。如在三级胺存在时，苯磺酰氯与1,4-或1,5-二醇生成环醚，该反应也可用来制备环状三级胺。如苯磺酰氯对醇羟基的保护 （2）。
3、砜
不饱和键的加成 在光照或Cu(I)催化条件下，苯磺酰氯可与烯烃、炔烃发生自由基加成反应[6]，如共轭
① 二烯烃类化合物可与苯磺酰氯发生加成反应得到砜 （3）。
②与芳香烃反应 在三氯化铝或三氯化铁等作用下，苯磺酰氯与芳香烃反应生成二芳基砜 （4）。
③与苯硼酸反应 在催化剂如PdCl2的作用下，苯磺酰氯可与苯硼酸直接反应生成二芳基砜，该反应较之苯磺酰氯与芳香烃直接作用生成二芳基砜反应条件更温和，同时反应产率也更高 （5）。
苯磺酰氯还是农药；染料；医药的中间体。用于冰染染料色基的制造，如红色基B；红色基GL。苯磺酰氯是检定胶类的试剂。
名词解释

甲苯

甲苯（外文名：Toluene，别名：甲基苯），无色澄清液体，有苯样气味，有强折光性，能与乙醇、乙醚、丙酮、氯仿、二硫化碳和冰乙酸混溶，极微溶于水。 甲苯大量用作溶剂和高辛烷值汽油添加剂，也是有机化工的重要原料。该品根据《危险化学品安全管理条例》《易制毒化学品管理条例》受公安部门管制。

减压蒸馏

减压蒸馏(reduced pressure distillation)是分离和提纯化合物的一种重要方法，又称真空蒸馏。 减压蒸馏适用于高沸点物质和那些在常压蒸馏时未达到沸点就已受热分解、氧化或聚合的化合物的分离和提纯。

反应

反应，汉语词语，一般指代因为事件所引发的回应，也指物质受作用而引起变化的现象、过程或一种化学变化。

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