年产1000吨对苯二酚

毕业设计（论文）开题报告

题    目：   年产1000吨对苯二酚  

                       生产的设计      

学    院：      化工与材料学院    

专    业：      化学工程与工艺    

学生姓名：                  

指导教师：                  

一、研究的现状及其意义

1.国内外研究现状

对苯二酚是一种重要的精细化-T原料、助剂和中间体，主要用于制取摄影胶片的黑白显影剂、橡胶加工的防老剂和阻策剂、生产蒽醌染料和偶氮染料等[1][2]，近年来在化肥工业中也有了新的用途[3]。国外从六十年代起，许多国家相继开发了苯二酚生产新工艺，扩大苯二酚的生产规模。七十年代，法国、意大利、日本等国先后用苯酚及双氧水羟基化方法实现工业生产，联产邻苯二酚及对苯二酚，成本大降低，目前主要有美国伊士曼公司、固特异公司、Indspec公司，日本宇部兴产公司、住友化学和三井化学公司，法国罗纳—普朗克公司，意大利埃尼化学等，邻、对苯二酚的全球产能分别为6万t/a和3.5万t/a，总生产能力合计为9.5万t/a左右。预计到2010年世界苯二酚的需求量约为16万t，2015年将达到20万t。目前我国对苯二酚生产能力较大，但是几乎全是采用落后的苯胺氧化法，不宜连续生产，产品质量差，尤为关键的是产生大量硫酸锰、铁泥难以处理，环境污染已经成为制约我国对苯二酚的瓶颈。

2.对苯二酚的生产方法及其研究进展

对苯二酚的合成方法较多, 到目前为止已有10 余种, 其中已实现工业化生产的有苯胺氧化法、对二异丙苯过氧化法、苯酚过氧化氢羟基化法、双酚A 法等; 中试规模的有电化学法, 其余方法均处于研究阶段。

2.1　苯胺氧化法[4]

苯胺氧化法是对苯二酚最早的生产方法, 至今已有70 多年的历史。本生产过程通常包括两步反应, 即苯胺在硫酸介质中经二氧化锰(或重铬酸钠) 氧化成对苯醌, 再在水中用铁粉将对苯醌还原成对苯二酚, 经浓缩、脱色、结晶、干燥得对苯二酚成品。以苯胺计, 对苯二酚的总收率约85%。

2.2　二异丙苯过氧化法[5]

为克服苯胺氧化法制取对苯二酚生产工艺存在的诸多缺点, 上世纪60 年代开发了对二异丙苯过氧化法。该法首先在酸性催化剂(磷酸硅藻土或A lCl3) 存在下, 由苯与丙烯进行Friedel-Crafts 烷基化反应合成二异丙苯, 分离出对位异构体、间位异构体使其转位为对位异构体, 把分出的对二异丙苯进行过氧化反应生成二异丙基过氧化物, 然后再在酸性催化剂(如硫酸) 存在下裂化为对苯二酚与丙酮, 产物经中和、萃取、离心分离、提纯、真空干燥后得成品。以对二异丙苯计, 对苯二酚收率为80% 左右。

2.3　双酚A 法[6]

苯酚与丙酮用浓盐酸、H2SO4 或离子交换树脂催化反应生成双酚A , 再在碱性催化剂作用下,定量裂化成苯酚和异丙烯基苯酚, 后者用过氧化氢氧化, 即可得到对苯二酚和丙酮。反应生成的苯酚和丙酮可循环使用。

2.4　苯酚过氧化氢羟基化法

出于经济和环保方面的需要, 20 世纪70 年代开发出苯酚过氧化氢羟基化合成对苯二酚的方法[7], 并已实现工业化生产。该法是以苯酚为原料, 在催化剂作用下, 与过氧化氢反应, 生成对苯二酚和邻苯二酚。经脱出水、高沸物、苯酚并分离出邻苯二酚后, 得到粗对苯二酚, 再经溶解、脱色、重结晶制得对苯二酚产品。与苯胺法和二异丙苯法比较, 苯酚羟基化法反应过程及分离操作简单。此外, 联产的邻苯二酚也是极为重要的精细化工产品, 是香兰素、人造麝香及医药、农药和染料的中间体, 也可直接用作聚合抑制剂、抗氧剂等, 这使得苯酚羟基化工艺倍受人们青睐。在苯酚羟基化法合成对苯二酚过程中, 研制与开发新型的催化剂一直是重要的研究内容。到目前为止, 研制的催化剂品种达上百种, 其发展趋势从单一的、均相的无机物或金属有机配合物向复合的、非均相的催化剂发展。

2.5　电化学法

关于电化学法合成对苯二酚的技术, 人们已做了大量的研究工作[8][9], 有的已接近工业化生产。由于用电合成生产具有原料价廉、产品质量好、工艺流程短、可在常温常压下操作、三废污染少等特点, 所以近年发展较快。该法是把苯或苯酚在阳极氧化成对苯二醌, 而所得的对苯二醌在阴极还原成对苯二酚[10]。Sotaro等以Cu (Ⅰ )/C u (Ⅱ ) 作为氧化还原电极, 采用电化学方法由苯合成对苯二酚, 对苯二酚收率为35%～ 42%。Iniesta 等则在掺杂硼的钻石薄膜电极上研究了苯酚电化学氧化生成对苯二酚的反应。由于在对苯二酚的电合成工艺中苯的转化率及有机相中醌含量较低, 能耗偏高, 电极及隔膜的寿命还难以满足工业化生产的需要, 因此至今未能实现工业化。

2.6　其它合成方法

除上述提到的几种已实现工业化生产或已达中试规模的方法外, 对苯二酚还可以通过对硝基苯酚或硝基苯在酸性溶液中催化加氢或酸性水解制得[11]。苯酚在水溶液中用氧气催化氧化也可以得到对苯二酚[12]。此外, Yamanaka[13]等用H2O2 燃料电池系统将苯气相氧化合成了对苯二酚。Ran 等[14]则开发了一种由葡萄糖制取对苯二酚的合成路线, 首先用微生物催化剂将葡萄糖转化成奎尼酸, 然后采用化学方法将奎尼酸转化成对苯二酚, 产率为85% 左右。Chen 等[15]以分子筛负载的TiO2 催化剂, 在碱性介质中用光催化法制得了对苯二酚。

二、研究目标、研究内容和拟解决的关键问题

1.研究目标

通过学习利用国外先进的苯酚过氧化氢羟基化法于中国国内进行对苯二酚的生产以替代国内用的原料消耗高、环境污染严重的苯胺氧化法生产对苯二酚。并且研究年产达到1000吨以解决国内对苯二酚的高需求。

2.研究内容

（1）了解学习国外先进的苯酚过氧化氢羟基化法生产对苯二酚

（2）研究苯酚过氧化氢羟基化法中不同的催化剂对反应的影响，对产物的影响，转化率，选择性，分离程度等

（3）研究经济利益与可行性

（4）产物的处理与污染的解决方法

3.拟解决关键问题