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异佛尔酮的合成工艺研究.doc

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浙江大学硕士学位论文 摘要 异佛尔酮是一种重要的精细化工原料，我国目前尚无厂家生产异佛尔酮，工 业用异佛尔酮基本依赖进口。 异佛尔酮的合成方法有异丙叉丙酮法和丙酮缩合法两种。丙酮缩合法是现在 广泛采用的一种方法，三分子丙酮自缩合生成一分子异佛尔酮。按反应物的状态 分为两种：一种是在高温高压下，丙酮在液态反应的液相缩合法，另一种是用固 体酸碱作催化剂，丙酮在气态反应的气相缩合法。 本论文研究了丙酮缩合的两种方法。首先，采用氢氧化钾作催化剂，丙酮水 溶液做原料，利用正交试验的方法对异佛尔酮合成的反应工艺条件进行了研究和 优化，在实验过程中使用了气相色谱、气质联用色谱等检测手段对反应过程进行 监控，结合反应的历程，推测了反应的机理和各项影响因素。其次，制备镁铝复 合物固体催化剂，让丙酮蒸汽通过装有催化剂的裂解炉装置，考察了蒸汽流速和 温度对丙酮转化率和异佛尔酮选择性的影响。用酸碱催化处理色泽较差的粗产 品，得到了合格的产品。 论文中根据推测的液相反应的机理，建立了反应的本征动力学方程，由测量 得到的反应物浓度随时问变化的数据，拟合得到了ｋ和Ｅａ等反应动力学参数。 以动力学方程为基础，讨论了各种反应条件对反应的影响，解释了一些实验现象。 关键词：异佛尔酮缩合本征动力学丙酮 浙江大学硕士学位论文 原料制备的三甲基己二酸，是合成新型增塑剂、润滑剂等的重要中间体。异佛尔 酮用途广泛，其市场前景广阔【４４ｊ。 １９６３年日本大赛珞公司与美国联合碳化物公司合作在Ｒ本建厂，建设了世 界上第一套工业化异佛尔酮生产装置【６】，年生产能力为２６００ｔ。随着化学工业的 发展，尤其是合成树脂工业的快速发展，对异佛尔酮的需求增长较快，２０世纪 ８０年代末９０年代初在国外发展十分迅速，英国石油化学品公司、美国陶氏化学 和德国维巴公司等都生产异佛尔酮。美国的罗门哈斯公司异佛尔酮年产量约为 １２０００－－１５０００ｔ，德国德固赛公司异佛尔酮年生产能力达到５２０００ｔ。德固赛公司 在２００５年宣布建设第四套异佛尔酮生产装置。我国目前尚无厂家工业化生产异 佛尔酮，仅有几家试剂生产企业少量生产，如上海实验试剂有限公司，四川成都 市科龙化工试剂厂等。工业用异佛尔酮基本依赖进口，预计２００６年的进口量为 ５０００ｔ。 §２异佛尔酮的合成方法 单纯介绍异佛尔酮合成的论文不多，一般在羟醛缩合反应和ａ，Ｂ一不饱和羰 基化台物合成的论文中一起介绍。异佛尔酮合成有很多相关的专利，主要是美国 联合碳化物公司、美国阿里斯泰克化学公司、英荷壳牌石油公司和日本住友化学 公司申请的。 异佛尔酮的合成方法可以分为异丙叉丙酮法和丙酮缩合法两种。丙酮缩合法 又可以分成液相缩合法和气相缩合法。 ２．１异丙叉丙酮法 异丙叉丙酮和乙酰乙酸乙酯在催化剂作用下，经环化、水解可制得异佛尔酮 （１—１）。 浙江大学硕士学位论文 邺／ｃＴ、Ｈｓ火Ｏ。４０＼Ａｏ久。Ｉ＝＿ （１—１） 此工艺路线的优点是反应条件温和，在常压和较低温度下进行，操作简单， 设备投资少；缺点是由于原料价格较高，因此产品成本高，难于推广应用，故该 法现己淘汰。 ２．２丙酮缩合法 在酸性或碱性催化剂、高温条件下，可以用三分子丙酮缩合生成一分子异佛 尔酮（１—２）。 ３。。ｃ／８＼吼一 ２Ｈ２０ （１—２） 丙酮缩合法按反应物的状态，可分为两种：一种是液相缩合法，另一种是气 相缩合法。 ２．２．１液相缩合法 液相缩合法一般在高温高压下进行，因为高压下大部分丙酮以液态存在，所 以称为丙酮液相缩合法，简称液相缩合法。 液相缩合法按催化剂可以分成三类：早期采用氧化钙、乙醇钠和氨基钠作催 化剂，后来大部分用碱金属氢氧化物（如氢氧化钠、氢氧化钾等）作催化剂，近 年来又有用镁铝复合物作催化剂的报道。 ３ 浙江大学硕上学位论文 ２．２．１．１第一类催化剂 １９世纪末２０世纪初，文献【７Ｊ中报道了Ｆｉｔｔｉｇ和Ｂｒｅｄｔ用氧化钙催化丙酮得到 少量异佛尔酮；Ｋｅｒｐ用乙醇钠催化丙酮制得异佛尔酮：Ｍ．Ｌ．Ｂ．公司在德国专利１８１ 中报道了用氨基钠催化丙酮制得少量异佛尔酮。 ２．２．１．２第二类催化剂 英荷壳牌公司的Ｂａｌｌａｒｄ等（９】在１９４４年报道了用２０％的ＮａＯＨ溶液作催化 剂的液相缩合法。反应温度控制在１５０ｏＣ，反应时间３ｌｌｒ，丙酮的转化率为１７％， 异佛尔酮的选择性为３９％。 英荷壳牌公司的Ｂａｌｌａｒｄ等在１９４６年研究了连续反应条件下，不同ＫＯＨ浓 度、投料速度和停留时间等条件下丙酮的转化率和异佛尔酮的选择性。丙酮的转 化率为１９．３％，异佛尔酮的选择性为４７．７％。 英荷壳牌公司的Ｆｉｆｅｌｌ０】