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微管内丁酮肟O-乙基化反应连续工艺研究

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致谢

论文说明

摘要

缩写、符号清单

1 文献综述

1.1 引言

1.2 丁酮肟及其烷基化反应原料和产物的物化性质

1.2.1 丁酮肟

1.2.2 丁酮肟乙醚

1.2.3 丁酮肟甲醚

1.2.4 硫酸二乙酯

1.2.5 硫酸二甲酯

1.2.6 氢氧化钠

1.3 O-烷基化反应研究进展

1.3.1 酚类及衍生物O-烷基化反应最新研究进展

1.3.2 其他常见含氧有机物O-烷基化反应研究进展

1.3.3 肟类O-烷基化反应研究进展

1.4 流动化学技术

1.4.1 流动化学技术概述

1.4.2 微混合器概述

1.4.3 微尺度多相流型

1.4.4 流动化学技术的优势

1.4.5 流动化学技术的应用

1.5 论文研究思路与研究内容

2 实验流程及分析方法

2.1 原料、试剂及设备

2.2 微管内丁酮肟O-乙基化连续反应

2.4 反应产物分析

2.4.1 反应产物定性分析

2.4.2 反应产物定量分析

3 丁酮肟O-烷基化间歇反应预实验研究

3.1 引言

3.2 丁酮肟O-烷基化间歇反应

3.2.1 间歇法丁酮肟O-烷基化反应实验步骤

3.2.2 间歇法丁酮肟O-烷基化反应结果讨论

3.3 本章小结

4 微管内丁酮肟连续O-乙基化反应研究

4.1 引言

4.2 丁酮肟连续O-乙基化反应实验设计思路

4.3 微混合器的选择

4.4 内径为1mm微管内丁酮肟O-乙基化反应

4.4.1 碱类型对反应的影响

4.4.3 反应温度对反应的影响

4.4.2 碱浓度对反应的影响

4.4.4 氢氧化钠用量对反应的影响

4.4.5 硫酸二乙醇用量对反应的影响

4.4.5 反应停留时间对反应的影响

4.5 内径为2mm微管内丁酮肟O-乙基化反应

4.5.1 反应温度对反应的影响

4.5.2 氢氧化钠浓度对反应的影响

4.5.3 氢氧化钠用量对反应的影响

4.5.4 硫酸二乙酯用量对反应的影响

4.5.5 反应停留时间对反应的影响

4.6 不同管径内丁酮肟O-乙基化反应情况对比

4.7 本章小结

5 连续化合成丁酮肟乙醚的反应器工业放大设计探讨

5.1 引言

5.2 化工过程常见的放大方法

5.3 传统间歇法与新工艺合成丁酮肟乙醚反应器工业放大设计比较

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 对后续工作的建议

参考文献

作者简历

科研成果

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摘要

肟醚是一种附加值很高的有机合成中间体,是制备重要的医药、农药中间体烷氧胺盐酸盐的原料,工业需求量的增长速度极快。传统的间歇法丁酮肟O-乙基化反应收率高,未反应完的原料易于回收循环使用,但反应过程操作复杂,反应时间较长,体系温度不易控制、乙基化试剂容易发生副反应、丁酮肟和丁酮肟乙醚易分解,产品质量不稳定,同时也存在一定的安全隐患。近年来,采用微反应器在连续流动条件下进行化学合成的流动化学技术,由于反应器比表面积大、传热传质性能好,可以保证物料分布均匀,维持反应体系温度恒定,在改善多相反应传质、强化反应过程以及提高安全性等方面有很好的工业应用前景。微管内丁酮肟O-乙基化反应连续工艺的开发研究,有助于解决丁酮肟乙醚合成过程中所存在的上述问题、为实现连续工业化生产打下基础,具有潜在的工业应用前景。
  本论文分为六章。主要以间歇反应实验数据为基础,采用流动化学技术,对丁酮肟O-乙基化反应合成丁酮肟乙醚的连续工艺进行探索,并提供了进行工业放大的参考思路。论文的具体内容如下:
  第一章为文献综述,主要概括了近年来O-烷基化反应研究进展,介绍了流动化学技术的概念和应用研究。
  第二章总结了实验原料、实验设备的使用,以及实验和分析方法的确定,具体为:用精密微量平流泵连续进料,在不锈钢微管中进行丁酮肟O-乙基化反应;用甲苯作萃取剂;以正丁醇为内标物用气相色谱对产物进行产物分析;内标法处理实验数据。
  第三章进行了间歇法丁酮肟O-烷基化反应研究,筛选出了较优的烷基化试剂,并依此数据作为连续工艺实验设计的依据。研究发现,丁酮肟O-烷基化反应活性和选择性与烷基化试剂类型关系很大,使用硫酸二乙酯进行反应,丁酮肟转化率和丁酮肟乙醚的选择性分别达到99.28%和70.73%,是较优的合成丁酮肟乙醚的路线。
  第四章对丁酮肟O-乙基化反应连续工艺进行了实验研究。采用硫酸二乙酯作烷基化试剂,考察了微管内径、碱类型、碱浓度、反应温度、停留时间和反应物进料比的影响。微管内径、碱类型和浓度对丁酮肟O-乙基化反应影响很大。使用内径为1mm的不锈钢微管反应器,23wt%NaOH(aq)作碱源,在反应温度为40℃,停留时间为60min,氢氧化钠和丁酮肟的进料摩尔比为1∶1,硫酸二乙酯和丁酮肟的进料摩尔比为1∶1时,丁酮肟的转化率为89.54%,丁酮肟乙醚的选择性为68.22%。微管内径越小,液-液相间接触面积增大,强化了传质效果,有利于目标产物丁酮肟乙醚在更短时间内生成。
  第五章提供了采用流动化学技术合成丁酮肟乙醚的反应器工业放大设计方案,并与传统间歇生产工艺的工业放大方法进行了对比。和传统间歇方法进行工业放大生产相比,采用流动化学技术进行生产时,即使现阶段丁酮肟乙醚的收率比按传统间歇方法所得低34.06%,同等生产能力时所需微反应器体积比间歇搅拌釜体积缩小了近85%,同时能够避免放大效应,采用流动化学技术合成丁酮肟乙醚的工业生产路线是较优的。
  第六章对本文的主要研究内容进行了归纳总结,对丁酮肟O-乙基化反应连续工艺进一步深入研究的方向提供了建议。

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