一种甲苯制备苯甲酸的装置和方法转让专利
申请号 : CN201910191730.7
文献号 : CN109970544B
文献日 : 2021-07-02
发明人 : 焦纬洲 , 高文强 , 刘有智 , 杜磊
申请人 : 中北大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种甲苯制备苯甲酸的方法,所述制备方法使用的装置,包括氧气钢瓶、臭氧发生器、超重力旋转填料床、带有搅拌装置的储液槽和装有碘化钾溶液的尾气吸收槽,氧气钢瓶的出气口通过阀门Ⅰ和臭氧发生器的进气口连接,臭氧发生器的出气口依次通过阀门Ⅱ及气体流量计Ⅰ与超重力旋转填料床的进气口连接,臭氧发生器的出气口还连接有气相臭氧浓度检测仪,超重力旋转填料床的出气口与尾气吸收槽连接,储液槽的出液口依次通过隔膜泵、阀门Ⅲ及液体流量计Ⅱ与超重力旋转填料床的进液口连接,超重力旋转填料床的出液口与储液槽的进液口连接;其特征在于:所述方法包括如下步骤:第一步,将甲苯溶于有机溶剂中,并加入催化剂双氧水,得到混合溶液,置于储液槽中;
第二步,打开氧气钢瓶的阀门Ⅰ,依次打开臭氧发生器,调节臭氧的产量及设置气体流量,同时打开隔膜泵以及设置液体流量计Ⅱ的流量,储液槽中的混合溶液进入超重力旋转填料床的内腔,在离心力的作用下沿超重力旋转填料床中的填料孔隙向外缘流动,在重力作用下汇集到超重力旋转填料床的出液口流入到储液槽,混合溶液循环送至超重力反应器中进行反应;
第三步,反应60 120min后,得到的反应液经旋转蒸发仪除去溶剂后,再经硅胶柱层析~
得到苯甲酸。
2.根据权利要求1所述的一种甲苯制备苯甲酸的方法,其特征在于:第一步中所述有机溶剂包括甲醇、乙醇、氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、乙腈和乙酸乙酯中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种甲苯制备苯甲酸的方法,其特征在于:第一步中所述混合溶液和臭氧气体的液气体积比为1:0.5 1,双氧水与甲苯的摩尔比为30%,双氧水的浓度为~
30%,臭氧的浓度为30 80mg/L,超重力旋转填料床的转速为500 1000rpm。
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4.根据权利要求1所述的一种甲苯制备苯甲酸的方法,其特征在于:第三步中所述硅胶柱层析的洗脱剂为体积比5:1的石油醚和乙酸乙酯的混合液。
说明书 :
一种甲苯制备苯甲酸的装置和方法
技术领域
背景技术
酸膏;苯甲酸以及苯甲酸钠常作为食品中防腐剂;用来制备香料和增塑剂等化工产品,如苯
甲酸酯。另外,苯甲酸分别与二甘醇和三甘醇生成相应的酯,在树脂和涂料等领域具有广泛
应用。
该方法反应步骤多,副产物多且难于分离,产生HCl水溶液酸性很强,会造成反应设备严重
腐蚀。另外,该方法制备得到的苯甲酸因含氯化物不能应用于食品和药品生产领域中。
酸铜及氢氧化钙。此反应中,除主反应外还有副反应的发生,使产物中含有少量联苯、邻苯
二甲酸、二苯甲酮等。该方法适用于小批量生产医药级苯甲酸,但制备操作过程繁琐,成本
高。
和活性炭吸附,可回收得到未反应的甲苯,提高甲苯的利用率。将反应液进行蒸馏得到苯甲
酸。该反应为自由基链式强放热反应,除了主反应还有一些副反应,副产物有苯甲醛、苯甲
醇、苯甲酸苄酯等,该反应所使用溶剂为酸性溶剂,对反应设备具有一定腐蚀性,另外反应
条件苛刻,须在高温高压条件下才能进行。
可见光照射下反应40 48 h合成苯甲酸。专利CN201711031146.2公开了一种光照条件下氧
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化生成苯甲酸的合成方法,以甲苯为原料,1,4‑二羟基‑9噻吩酮为催化剂,在可见光照射下
反应40 48h合成苯甲酸。以上两种新方法用到的噻吩酮类化合物是光催化剂,避免了传统
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合成苯甲酸中使用大量的酸性溶剂和醋酸钴或醋酸锰,但是该方法中也存在缺点,如光能
利用率较低以及透光度问题,导致反应时间特别长;另外该方法中用到有机小分子噻吩酮
类化合物作为催化剂,会给催化剂的可再生使用以及苯甲酸分离纯化造成一定困难。
发明内容
外在反应中加入绿色催化剂双氧水,在反应过程中不产生有害副产物。该方法是一种绿色
制备苯甲酸的途径,具有广阔的工业化应用前景。
氧发生器的进气口连接,臭氧发生器的出气口依次通过阀门Ⅱ及气体流量计Ⅰ与超重力旋
转填料床的进气口连接,臭氧发生器的出气口还连接有气相臭氧浓度检测仪,超重力旋转
填料床的出气口与尾气吸收槽连接,储液槽的出液口依次通过隔膜泵、阀门Ⅲ及液体流量
计Ⅱ与超重力旋转填料床的进液口连接,超重力旋转填料床的出液口与储液槽的进液口连
接。
旋转填料床的内腔,在离心力的作用下沿超重力旋转填料床中的填料孔隙向外缘流动,在
重力作用下汇集到超重力旋转填料床的出液口流入到储液槽,混合溶液循环送至超重力反
应器中进行反应;
层析得到苯甲酸。
尔比为0 30%,双氧水的浓度为30%,臭氧的浓度为30 80mg/L,超重力旋转填料床的转速为
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500 1000rpm。
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重力旋转填料床,填料包括金属丝网、多孔板、泡沫材料或规整填料。
选用臭氧作为氧化剂,双氧水为催化剂,具有绿色、高效以及无二次污染等优点。选用低毒
性、低沸点试剂如二氯甲烷、乙酸乙酯等作为溶剂,有利于回收。该方法具有绿色环保、原子
经济性高等优点,具有广阔的工业化应用前景。
附图说明
12‑液体流量计Ⅱ。
具体实施方式
用旋转蒸发器除去反应溶剂后,经硅胶柱层析(洗脱剂为V石油醚/V乙酸乙酯=5:1)得到苯甲酸3.2
g,收率为40.5%。
800 rpm。反应80min,用旋转蒸发器除去反应溶剂后,经硅胶柱层析(洗脱剂为V石油醚/V乙酸乙酯=
5:1)得到苯甲酸1.79 g,收率为61%。
为500 rpm。反应120 min后,用旋转蒸发器除去反应溶剂后,经硅胶柱层析(洗脱剂为V石油醚/
V乙酸乙酯=5:1)得到苯甲酸6.7 g,收率为85%。
800 rpm。反应120 min后,用旋转蒸发器除去反应溶剂后,经硅胶柱层析(洗脱剂为V石油醚/
V乙酸乙酯=5:1)得到苯甲酸7.1g,收率为90%。