物料与热量衡算模板

第一章亚苄基海因合成研究

1.1引言

海因与芳香醛、杂环醛缩合生成5位取代的不饱和海因衍生物〔21〕，在一定温度和碱性条件下，海因环能发生断裂，从而得到α－酮酸。该路线制备α－酮酸，反应条件简单，所用反应试剂简单、副产物少，是极具优越性的α－酮酸制备路线〔22〕。亚苄基海因作为制备苯丙酮酸的原料的合成工艺近年来研究较多，已经确定了合成所使用的主要原辅材料，探索了初步的合成条件。本节主要在前人研究的基础上就亚苄基海因的合成方法做进一步优化，以适合产业化的需要。

1.2实验材料与方法

1.2.1实验试剂

海因：工业级自制

苯甲醛：工业级含量99％南通天时化工公司

一乙醇胺：工业级甲醇：工业级

1.2.2实验方法

在18L不锈钢反应釜中加入一定量的海因，然后加入一定量的水、一乙醇胺，在80－110︒C下反应，反应结束后冷却至常温，用布氏漏斗抽滤，最后用甲醇洗涤后在60︒C下烘干。

1.2.3分析方法

HPLE法，详见文献〔23〕

1.3结果与讨论

1.3.1．苯甲醛滴加速度的影响

实验表明，在缩合反应过程中，如果将苯甲醛一次性加入反应器中，由于大量的苯甲醛－水混合物一起蒸发，容易发生跑料和因大量的苯甲醛未来得及参加反应而自聚现象，导致缩合收率偏低、产物质量不好。所以在海因与苯甲醛的缩合过程中，苯甲醛以滴加的方式加入，从表1不同的滴加速度试验可以看出，2.5ml/min的滴加速度，所得的亚苄基海因的产率与品质较为理想。

表1 苯甲醛滴加速度对亚苄基海因合成的影响

注：“＋”表示产品质量一般；“－”表示产品质量较差；

1.3.

2. 反应时间对缩合反应的影响

从缩合反应机理可以看出，缩合反应的中间过程较为复杂，苯甲醛的亲核加成只是整个反应的一部分，要得到比较高的缩合产物，一定的反应时间是必须的，从下面的曲线（图1）的走势可以看出，产物的得率随反应时间的增加而增加，当反应时间达到3.5小时后，产物的得率基本趋于平稳，所以反应时间取3.5小时。

1.00

2.00

3.00

4.00

Time of reaction : hr

80.00

84.00

88.00

92.00

96.00

Y i e l d o f 5-b e n z a l h y d a n t o i n :

%

图1反应时间对产物得率的影响

1.3.3.反应温度对缩合反应的影响

苯甲醛作为反应物之一，在空气中能氧化成苯甲酸，在较低的温度下容易自身聚合成聚合体，在更高的反应温度下更易发生聚合，必将影响产品的收率，也影响产品的品质。所以控制缩合的反应温度是获得高收率的合成条件之一。

表2反应温度对缩合反应的影响

从上表可以看出，随着温度的提高，缩合收率逐步提高，当到达110︒C 时，缩合收率出现下降趋势。因而采用103︒C （反应体系的共沸点）作为反应的温度控制点是比较合理的。

1.3.4.苯甲醛加量对缩合反应的影响

在有机合成反应中通常采用反应物之一过量的方法来促成另一反应物反应完全。在工业化生产中更是将成本和除杂的因素考虑在内。在缩合反应体系中，海因的价格高于苯甲醛的价格，而且适量残余的苯甲醛比较容易去除，而海因过量的话在经济上不合算，且多余海因同亚苄基海因一同析出，比较难以去除。故在缩合反应中，采取苯甲醛过量的方法比较可行。但是如果苯甲醛过量太多，会造成苯甲醛自聚物增加，并与亚苄基海因粘连，影响亚苄基海因的质量，对苯丙酮酸制备及转化过程有比较大的影响。因而必须通过实验确定最佳过量范围。

表3苯甲醛加量对缩合反应的影响

从上表可以看出，随着苯甲醛加量的提高，缩合收率也在逐步上升，当苯甲醛加量超过1.05时虽然缩合收率还在提高，但是产品质量急剧下降，精制成本急剧上升。故苯甲醛的加量以1.05为宜。1.3.5.反应体系PH值对缩合反应的影响

实验数据显示，缩合反应体系中PH值对缩合反应的收率和结晶形态影响较大，实验结果如下：

表4反应体系PH值对缩合反应的影响

以上数据显示，反应体系的PH 值控制在8.5－9.0之间，可以保证缩合的收率和质量维持在较高的水平，尤以PH9.0为最佳。 1.3.6小结与分析

1）开发了独特的苯甲醛的流加工艺，海因和苯甲醛缩合反应得到得率为95.5％的亚苄基海因。

2）通过缩合实验过程的影响因素研究可知，反应温度、时间、反应体系的PH 、苯甲醛的加量对亚苄基海因的得率均有较大的影响。 3）经对实验数据的分析可知：缩合反应的最佳温度为103℃、时间为3h 、苯甲醛的加量为1.05、反应体系的PH 为9.0。 1.4工业化放大研究

1.4.1工业化生产工艺流程方框图（图2）

水1.4.2工业化生产带控制点工艺流程图 见附件一 1.4.3工业化放大计算 1.4.3.1物料衡算

根据500吨/年L-苯丙氨酸总物料衡算的数据，亚苄基海因年需

求量为1000吨。按照年生产300天计算，亚苄基海因日需求量为3.334吨，需要水分为2%、含量为98.5％的干亚苄基海因为3453.16kg。

1)水量：海因：水＝1：2.4，1000kg海因需要水为2400kg

2)苯甲醛量：苯甲醛：海因＝1.05：1，1000kg海因需要苯甲醛为1124.24kg

3)一乙醇胺量：一乙醇胺：海因＝0.08528：1，1000kg海因需要一乙醇胺为85.28kg

4)洗水量：按照折纯亚苄基海因的50％，1800*0.5＝900kg

5)甲醇加量：按照折纯亚苄基海因质量的50％，1800*0.5＝900kg

6)湿亚苄基海因产量：亚苄基海因对海因的质量收率为180％，亚苄基海因的水分为20％、含量为98.5％，1000*1.8/(0.8*0.985)＝2284.26kg

7)滤液产量：2325.26kg

8)水洗液产量：1800*0.5＝900kg

9)甲醇洗液产量：洗涤后亚苄基海因的水分为14％，900+2284.26*0.2－1800*0.14/（0.86*0.985）＝1059.37kg

10)通过回收后成品甲醇产量：甲醇的回收率为80％，900*0.8＝720kg 11）含甲醇废液产量：1059.37-720＝339.36kg

12)亚苄基海因烘干水蒸气产量：干燥后亚苄基海因水分为2%，含量为98.5％，1800*0.14/（0.86*0.985）－1800*0.02/（0.98*0.985）＝260.19kg

13)干亚苄基海因产量：1800/（0.98*0.985）＝1864.71kg