对甲酚生产中碱熔产物分离工艺研究及固液平衡数据测定

摘要

对甲酚是一种重要的精细化工中间体，广泛应用于农药、医药、香料、染料、化妆品和食品等领域。虽然对甲酚生产已有其他工艺路线，但均不太成熟，目前仍较多采用甲苯磺化碱熔法生产对甲酚，该法主要包括磺化工序、中和工序、碱熔工序和酸化工序。其中碱熔工序往往需要加入过量碱，同时副反应较多，反应收率较低（仅有70%），导致碱熔后产物中含有大量未反应的碱，造成了碱的浪费。因此本文采用动态法测定了常压下，温度范围从277K到341K时，对甲苯磺酸钠（NaPTS）、亚硫酸钠（Na2SO3）及对甲酚钠（NaCRS）在氢氧化钠水溶液中的溶解度，根据溶解度数据对碱熔后续工艺进行了改进，提出碱熔反应产物分离及碱回收新工艺并优化了新工艺的参数。 固液相平衡研究表明对甲苯磺酸钠、亚硫酸钠及对甲酚钠的溶解度均随氢氧化钠水溶液浓度的上升而下降，同时在对甲苯磺酸钠与亚硫酸钠的溶解度曲线中存在明显的转折点，且转折点随氢氧化钠水溶液浓度的上升而前移。经相关表征证明转折点的出现是由于形成了不同的平衡固相组分。对甲苯磺酸钠与对甲酚钠的溶解度均随温度的上升而上升，而亚硫酸钠则是先升后降。 测定的固液相平衡数据使用了E-NRTL方程和Apelblat方程进行了拟合，得到了相关的模型参数和温度均方差。对甲苯磺酸钠、亚硫酸钠及对甲酚钠在氢氧化钠水溶液中用E-NRTL方程拟合的温度均方根方差分别为0.19~1.14K、0.50~0.91K和0.60~1.27K。表明用E-NRTL方程的拟合结果与测量结果吻合良好。 根据亚硫酸钠及对甲酚钠的溶解度差异，本文提出了碱熔反应产物分离及碱回收新工艺。亚硫酸钠与对甲酚钠通过多步浓缩过滤，先后从碱熔反应产物分离出来。在过滤出亚硫酸钠后，滤液再次被浓缩，通过两次过滤以回收滤液中的氢氧化钠。回收的氢氧化钠可循环用于第二中和工序中。同时本文通过实验优化并确定了工艺参数。三次过滤的氢氧化钠浓度分别为15%、18%和25%。得到的亚硫酸钠纯度和收率分别为97.74%和90.28%，而NaCRS?H2O的总纯度和总收率分别为91.72%和91.69%。碱回收率可达78%。

目录

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第一章 文献综述

1.1 对甲酚简介

1.2 对甲酚的应用

1.2.1 抗氧剂

1.2.2 合成染料

1.2.3 人造香料

1.2.4 农药

1.2.5 其他

1.3 对甲酚的生产方法

1.3.1 天然分离法

1.3.2 磺化碱熔法

1.3.3 苯酚烷基化法

1.3.4 异丙基甲苯法

1.3.5 甲苯氯代水解法

1.3.6 二甲苯氧化脱羧转位法

1.3.7 其他方法

1.4 对甲酚的生产现状与发展趋势

1.5 固液相平衡的测定方法及计算模型

1.5.1 固液相平衡数据的测定方法

1.5.2 固液相平衡测定的拟合模型

1.5.3 溶解度数据的不确定度

1.6 本课题的研究内容及意义

第二章 固液相平衡数据的测定

2.1 引言

2.2 实验方案的确定

2.2.1 实验物系的选择

2.2.2 实验方法的选择

2.2.3 实验装置

2.3 实验原料及其纯度表征

2.3.1 实验原料实验物系的选择

2.3.2 对甲酚钠的制备及纯度分析

2.3.3 样品高效液相色谱分析

2.4 实验步骤

2.5 实验可靠性验证

2.5.1 标准物系溶解度测定

2.5.2 实验误差分析讨论

2.6 本章小结

第三章 固液相平衡数据分析与讨论

3.1 引言

3.2 溶解度数据测量结果

3.3 固液相平衡模型拟合

3.3.1 模型选择

3.3.2 模型参数的回归计算

3.3.3 E-NRTL方程及其拟合结果

3.3.4 Apelblat经验方程及其拟合结果

3.4 实验结果分析与讨论

3.4.1 NaPTS在不同浓度氢氧化钠水溶液中的溶解度

3.4.2 Na2SO3在不同浓度氢氧化钠水溶液中的溶解度

3.4.3 NaCRS在不同浓度氢氧化钠水溶液中的溶解度

3.4.4 Na2SO3和NaCRS在氢氧化钠水溶液中溶解度数据对比讨论

3.5 本章小结

第四章 碱熔反应产物分离及碱回收新工艺

4.1 引言

4.2 新工艺实验方案

4.2.1 新工艺流程

4.2.2 实验仪器与试剂

4.2.3 实验步骤

4.3 工艺参数的优化及确定

4.3.1 新工艺中的工艺参数

4.3.2 实验过程与结果

4.3.3 实验结果分析与讨论

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

结论

展望

参考文献

主要符号表

附录一 对甲苯磺酸钠在氢氧化钠水溶液中的溶解度数据

附录二 亚硫酸钠在氢氧化钠水溶液中的溶解度数据

附录三 对甲酚钠在氢氧化钠水溶液中的溶解度数据

发表论文和参加科研情况说明

致谢