连续釜式反应器中4，4’-二硝基二苯乙烯-2，2’-二磺酸的合成

摘要

碱性水介质中空气氧化对硝基甲苯邻磺酸(NTS)制备4，4'-二硝基二苯乙烯-2，2'-二磺酸(DNS)是生产精细化工中间体4，4'-二氨基二苯乙烯-2，2'-二磺酸(DSD酸)的关键步骤。然而此工艺收率低，副产物多，三废量大，且反应为间歇操作方式，劳动强度大，产品质量难于控制，因此该工艺的改革已经势在必行。 化工合成的连续化操作具有操作简便，自动化程度高，产量与产品质量稳定等诸多优点。若DNS制备过程可实现连续化，则将大幅度提高产品产量和质量，节约劳动力，从而使合成过程极具经济效益和环境效益。 本文采用自制的3L连续釜式反应器进行串联组合，对NTS氧化制备DNS过程的连续化进行了小试研究，根据实验结果讨论了反应浓度、反应体积与进料量，反应温度以及反应碱值对NTS转化率与DNS收率的影响。 采用数学模型与实验相结合的方法对小试结果进行了深入研究。以NTS氧化动力学、多相反应理论以及连续反应器设计理论为指导，逐步优化工艺，确定了最佳的进料浓度，进料量，温度和碱值。 当对过程进行放大时，搅拌速度，气速以及开车方式等会对过程的经济性产生很大的影响。本文采用水-空气体系对3L反应釜进行冷模实验获得反应器的停留时间分布特性与气液传质速率，进而确定了合适的搅拌速度与气速；通过对反应器的非定态性能的研究，探讨了反应器的操作稳定性，并选择了合适的开、停车策略。 以小试实验与冷模实验的结果为基础，对氧化过程进行了中试研究。中试结果表明，放大效应极小，产品质量达到要求，过程经济效益显著，应进一步放大研究。

目录

文摘

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第一章文献综述

1.1DSD酸的性质与用途

1.2 DSD酸的生产和市场现状

1.2.1生产现状

1.2.2发展前景

1.3 DSD酸的生产工艺

1.3.1磺化

1.3.2还原

1.4 NTS氧化缩合制DNS工艺综述

1.4.1 NTS在碱性水介质中的氧化缩合法

1.4.2 NTS在有机溶剂中的氧化缩合法

1.4.3 NTS在水-有机溶剂混合介质中的氧化缩合法

1.4.4其他氧化方法

1.4.5合成技术优劣分析

1.5 NTS氧化缩合反应机理

1.6本课题的研究内容与方法

第二章NTS反应动力学与反应器设计理论

2.1 NTS氧化反应动力学

2.2 CSTR反应器设计

2.2.1 CSTR反应器的体积

2.2.2 CSTR反应器的串联

2.2.3 CSTR反应器的复合反应

第三章小试实验

3.1实验流程、设备与材料

3.1.1实验流程

3.1.2实验设备

3.1.3实验材料

3.1.4基本溶液

3.2产物分析

3.2.1分析成份

3.2.2分析条件

3.2.3待测样品与预处理

3.2.4定量方法

3.2.5定性方法

3.3数据处理方法

第四章NTS氧化制DND反应过程优化

4.1反应釜体积与进料量的选择

4.1.1预实验与动力学常数的重新拟和

4.1.2反应器串联与进料量的选择

4.2最佳反应浓度

4.3最佳反应碱值

4.4最佳反应温度

4.5本章小结

第五章DND氧化制DNS反应过程优化

5.1反应碱值与温度的选择

5.2反应器串联形式与加水量的选择

第六章冷模实验以及反应器非定态性能

6.1停留时间分布

6.1.1停留时间分布的测定

6.1.2实验结果与讨论

6.2气液传质系数

6.2.1气液传质系数的确定

6.2.2实验结果与讨论

6.3反应器的非定态行为

6.3.1反应器的非定态行为以及NTS氧化过程的稳定性

6.3.2开车和停车的策略

第七章中试实验

7.1连续搅拌反应釜的放大

7.2中试实验

7.2.1中试实验流程图

7.2.2中试实验条件

7.2.3中试结果以及讨论

第八章结论

参考文献

发表论文与科研情况

附录一反应器非定态特性拟和的matlab程序

附录二符号说明

附图 典型样品的色谱图

致谢