[發(fā)明專利]應(yīng)用超聲波技術(shù)提高對硝基甲苯收率的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910029187.7
• 申請日: 2009-01-16
• 公開（公告）號: CN101475485A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韋長梅;張宇;賈正桂;張莉莉;周建峰
• 申請（專利權(quán)）人: 淮陰師范學(xué)院
• 主分類號: C07C205/06
• 分類號: C07C205/06;C07C201/08
• 代理公司: 淮安市科翔專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 韓曉斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及提高收率的方法，具體涉及應(yīng)用超聲波技術(shù)提高對硝 基甲苯收率的方法。

背景技術(shù)

工業(yè)上大規(guī)模地對甲苯進(jìn)行硝化反應(yīng)，用來制造染料、醫(yī)藥等精 細(xì)化工產(chǎn)品的中間體。目前，工業(yè)上廣泛使用由硫酸和硝酸組成的混 酸對甲苯進(jìn)行一硝化，其硝化產(chǎn)物中含有一硝基甲苯、二硝基甲苯和 酚類；其中一硝基甲苯(NMT)的組成為：約36％對硝基甲苯 (p-NMT)、60％鄰硝基甲苯(o-NMT)和4％間硝基甲苯(m-NMT)。 P/O值(產(chǎn)物中對位和鄰位異構(gòu)體的重量比)為0.6。在甲苯的一硝化產(chǎn) 物中以對硝基甲苯的用途最為廣泛。

1對硝基甲苯與鄰硝基甲苯的主要用途

對硝基甲苯的主要用途如下：a.它可以通過磺化、氧化縮合、 還原制得DSD酸，這是熒光增白劑和直接染料的重要中間體；b.把甲 基氧化成羧基后再把硝基還原制得對氨基苯甲酸，這是醫(yī)藥工業(yè)有用 的中間體，可以用來生產(chǎn)鹽酸普魯卡因、鹽酸丁卡因等；c.把對位硝 基直接還原成氨基后得到對甲苯胺，這是合成永固紅顏料、色基KB的 中間體；d.把它繼續(xù)二硝化、三硝化，可以制得2，4-二硝甲苯和 2，4，6-三硝基甲苯，分別用來生產(chǎn)聚氨酯以及軍事上用的TNT炸藥。 相對而言，鄰位和間位產(chǎn)物在現(xiàn)階段的用途不是很廣泛。鄰硝基甲苯 主要用來生產(chǎn)鄰甲苯胺，但是該產(chǎn)品因?yàn)閷θ梭w有極大的傷害作用， 近來已被國際社會禁用，這更加限制了鄰硝基甲苯的應(yīng)用范圍。

2硝化反應(yīng)的基本理論

2.1硝化反應(yīng)的機(jī)理

當(dāng)硝化反應(yīng)發(fā)生時，于是降低硝酸的濃度，反映速度減慢。因此， 單用硝酸作催化劑時，不能將硝酸完全利用。當(dāng)濃度降低到一定程度 時，反應(yīng)實(shí)際上就終止了(稀硝酸對于有機(jī)物的氧化作用強(qiáng)于硝化作 用)。隨著硝酸濃度的降低就會有氮得氧化物產(chǎn)生，常加濃硫酸作為 脫水劑。硝化反應(yīng)的歷程：硝化劑中產(chǎn)生NO₂⁺，由NO₂⁺向苯環(huán)電 子云進(jìn)攻形成共軛體系，最后C⁺脫去一個質(zhì)子，而生成硝基化合物。

2.2硝化反應(yīng)的特點(diǎn)

硝化反應(yīng)是不可逆的。硝化反應(yīng)速度快，并產(chǎn)生大量的熱。在多 數(shù)場合下被硝化劑與硝化劑是不完全互溶的，反應(yīng)是非均相的。分為 有機(jī)相和酸相，反應(yīng)需要強(qiáng)烈的攪拌，使反應(yīng)物料與硝化劑充分接觸， 達(dá)到好的傳質(zhì)和傳熱的效果。

3超聲波的作用機(jī)理及影響因素

超聲波是聲波的一小部分，但是超聲波的頻率要比通常所見聲波 的頻率高得多(＞20kHz)。因此，超聲波與通常所說的聲波還存在著許 多不同之處：超聲波具有比普通聲波更強(qiáng)的功率；介質(zhì)對超聲波的吸 收比普通聲波大得多；超聲波的波長較短，頻率很高，具有較大的能量， 可以對介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生顯著的聲壓作用。當(dāng)一定強(qiáng)度的超聲波在介質(zhì)中 傳播時，會產(chǎn)生力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)和化學(xué)等一系列效應(yīng)。

影響超聲波作用的因素主要有超聲波頻率、聲強(qiáng)、液體的界面性 質(zhì)、溶解氣種類及超聲波發(fā)生器類型等。在超聲波的作用機(jī)理中空化 作用是其主要動力來源，一般超聲波的頻率低，聲強(qiáng)大，液體靜壓小、 界面張力低、含溶解氣及溫度高有利于產(chǎn)生空化作用發(fā)生。超聲波頻 率越高發(fā)生空化時需要的聲強(qiáng)越大(即需要的能量越高)，但高頻超聲 波的空化作用會產(chǎn)生更多的能量；聲強(qiáng)過大，不利于空化作用發(fā)生；液 體溶解氣種類對超聲波作用也有影響，如單原子氣體比雙原、雜原子 氣體更有利于空化作用的產(chǎn)生。液體的溫度過高，會使氣泡中的蒸汽 壓增大，空化作用減弱；影響超聲波作用的還有發(fā)生器的類型，目前主 要有槽式和探頭式兩種。

4超聲波在化學(xué)研究和化工生產(chǎn)中的應(yīng)用概況

超聲波化學(xué)或稱聲化學(xué)，是利用超聲波加速化學(xué)反應(yīng)，提高化學(xué) 反應(yīng)速率的一門新興交叉學(xué)科。自從1927年Richards和Loomis首 次發(fā)表了超聲波的化學(xué)效應(yīng)以來，引起科學(xué)家們的廣泛關(guān)注，目前超 聲波在化工領(lǐng)域已有廣泛的應(yīng)用。

超聲波技術(shù)在石油領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用研究，如超聲波防垢及除 垢、防蠟降粘、破乳及處理石油污水等方面。

4.1超聲波防垢及除垢