2-萘酚生产过程中相关物质溶解特性测定及生产工艺优化

摘要

2-萘酚作为一种重要的精细化工产品，被广泛用作染料、杀菌剂、防腐剂、医药品、有机合成、选矿剂等的原料或者中间体。与此同时，它的下游产品也具有广泛的市场前景，例如感光材料及液晶材料。中国和印度成为世界上主要的2-萘酚生产国。 萘磺化碱熔法是目前最为成熟的2-萘酚生产方法，也是目前使用最为广泛的生产方法。该方法的主要工序包括磺化、中和、碱熔、酸化等。原料萘和浓硫酸于160℃～165℃经磺化反应后，得到2-萘磺酸（2-NSA），同时产生约10%～15%的副产物1-萘磺酸（1-NSA）。为了得到较纯的2-NSA，需要把1-NSA经水解除去。因此把磺化液压至水解器中，以少量的水稀释磺化液并升温至140℃～145℃，由于1-NSA不稳定，被水解为萘和硫酸。2-NSA较为稳定，在这一过程中没有被分解。用高压水蒸气将水解产生的萘吹走并参与下一次磺化。2-NSA经中和、碱熔、酸化等步骤最终转化为2-萘酚。 萘磺化碱熔法制备2-萘酚，工艺路线成熟，使用范围广泛。然而，在这一过程中，仅仅为实现除去1-NSA的目的，将已经磺化的萘还原，并以高压水蒸气吹走再次参与磺化，消耗了大量的浓硫酸和高压水蒸气，浪费了能源，产生了大量的废水、废酸，同时损失了部分精萘，增加了物料单耗。同时吹萘过程使得工人的生产环境变得恶劣。 联想到同分异构体之间存在着各种性质的差异，为解决这一问题，我们想要通过同分异构体之间溶解度的差异来分离磺化的两种产物。然而磺化过后，混合物呈现粘稠状，很难分离1-NSA和2-NSA。故而将选择在对两种萘磺酸中和之后，分离二者的钠盐。即分离1-萘磺酸钠（1-SNS）和2-萘磺酸钠（2-SNS）。分离的可行性基于1-SNS和2-SNS的溶解度差异。 进行固液相平衡实验，结果表明，1-SNS和2-SNS在氢氧化钠水溶液中的溶解度均随温度的增大而增大；均随氢氧化钠浓度的增大而减小。当氢氧化钠浓度达到5%以上时，1-SNS和2-SNS的溶解度存在较大的差异。最终取得很好的分离效果。固液相平衡的数据以E-NRTL方程进行拟合，计算结果与实验测定值吻合度良好，均方差的范围在0.03K～0.45K之间。 基于1-SNS和2-SNS的溶解度差异所提出的新工艺具有极大的工业应用价值，而具体的工艺参数在实验中被进一步探索和确定。

目录

声明

第1章 文献综述

1.1 物质简介

1.1.1 萘

1.1.2 萘磺酸

1.1.3 萘磺酸钠盐

1.1.4 2-萘酚

1.2 2-萘酚生产工艺

1.2.1 磺化碱熔法

1.2.2 β-异丙基萘法制β-萘酚

1.2.3 其他方法合成β-萘酚

1.3 β-萘酚生产工艺的小节及发展趋势分析

1.4 固液相平衡数据的测定

1.4.1 溶解度数据的测定方法

1.4.2 固-液平衡数据的计算模型

1.5 本课题研究的目的、内容及意义

第2章 固-液相平衡实验

2.1 实验方案

2.1.1 实验物系

2.1.2 实验方法

2.1.3 实验装置

2.2 实验原料

2.3 实验步骤

2.4 本章小节

第3章 固液平衡实验结果与分析

3.1 药品表征

1.药品纯度的液相表征

2.药品溶解前后结构表征

3.溶解前后结晶水数量表征

3.2 溶解度测定实验结果

3.3 固液平衡数据的关联

3.3.1 模型方程的选用

3.3.2 目标函数与参数回归方法

3.3.3 Apelblat方程关联结果

3.3.4 E-NRTL方程关联结果

3.4 固液平衡数据分析

3.4.1 1-SNS在不同浓度氢氧化钠水溶液中溶解度的变化趋势

3.4.2 2-SNS在不同浓度氢氧化钠水溶液中溶解度的变化趋势

3.4.3 1-SNS和2-SNS在不同浓度氢氧化钠水溶液中溶解度的比较

3.5 固液平衡数据误差分析

3.5.1 实验误差来源

3.5.2 实验误差的计算

3.6 本章小节

第4章 1-萘磺酸钠与2-萘磺酸钠分离工艺的设计

4.1 引言

4.2 2-萘酚生产过程中磺化中和步骤的工艺流程改进

4.3 分离工艺的实验设计

4.3.1 实验设计细节

4.3.2 实验参数设定

4.4 分离工艺实验

4.4.1 分离实验参数估算

4.4.2 模拟计算结果分析

4.4.3 工艺分离实验仪器和原料

4.4.4 工艺分离实验步骤

4.4.5 工艺分离实验结果

4.4.6 产率的计算

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

附录

致谢