精細(xì)有機(jī)合成論文

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1、課程：精細(xì)有機(jī)合成化學(xué)與工藝學(xué)專業(yè)：化學(xué)工程與工藝班級(jí)：10205302姓名：邱春桃學(xué)號(hào)：1020530220論甲基丙烯酸甲酯之工藝作者：邱春桃一、甲基丙烯酸甲酯的簡介及現(xiàn)實(shí)意義[1]甲基丙烯酸甲酯是一種重要的有機(jī)化工原料，主要作為聚合單體用于生產(chǎn)其聚合物和共聚物，還可通過酯交換用于生產(chǎn)甲基丙烯酸高碳酯。其聚合物為透明性極佳的塑膠材料，故常被稱為有機(jī)玻璃，且具有極好的耐候性等優(yōu)良特性，廣泛用于汽車、容器、建筑、設(shè)備部件、家用電器材料、衛(wèi)生潔具等方面,特別是近年來應(yīng)用在光學(xué)級(jí)有機(jī)玻璃、防射線有機(jī)玻璃、光導(dǎo)纖維、光盤等高新技術(shù)領(lǐng)域。同時(shí),甲基

2、丙烯酸甲酯作為高性能建筑涂料的改性劑使用，也有很大的利用空間。除此之外，還可用于聚氯乙烯改性抗沖助劑ACR和MBS、腈綸第二單體、醫(yī)藥功能材料等。其2003年國內(nèi)消費(fèi)結(jié)構(gòu)為：有機(jī)玻璃占44%，模塑料約占10%，塑料加工助劑ACR和MBS占24%，表面涂料占10%，其他占12%。二、甲基丙烯酸甲酯的主要生產(chǎn)工藝由甲基丙烯酸甲酯可聚合成聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA粉)。其結(jié)構(gòu)式分別如下：甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯甲基丙烯酸甲酯的生產(chǎn)工藝有：㈠、丙酮氰醇法[2]ACH法合成工藝主要包括氰化反應(yīng),酰胺化反應(yīng),酯化反應(yīng)。第①步：氰化反應(yīng)丙酮與氫氰

3、酸在堿催化劑的存在下發(fā)生氰化反應(yīng)生成丙酮氰醇:第②步：酰氨化反應(yīng)丙酮氰醇與濃硫酸反應(yīng)生成甲基丙烯酰胺硫酸鹽。過量的硫酸和丙酮氰醇反應(yīng)生成2-硫酸根亞氨基中間體,接著中間體前段丙酮氰醇和硫酸反應(yīng)生成的水發(fā)生水解反應(yīng),生成酰胺中間體,再經(jīng)脫除硫酸生成甲基丙烯酸酰胺硫酸鹽。第③步：酯化反應(yīng)甲基丙烯酸酰胺硫酸鹽與甲醇水溶液反應(yīng)生成甲基丙烯酸甲酯(MMA)：㈡、異丁烯催化氧化法[2]在氧化反應(yīng)過程中,第一步異丁烯氧化為異丁烯醛；第二步異丁烯醛轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化為甲基丙烯酸。反應(yīng)方程式如下：甲基丙烯酸在硫酸存在下與甲醇在液相中酯化反應(yīng)生成甲基丙烯酸甲酯,甲基丙

4、烯酸酯化反應(yīng)是用硫酸作催化劑,可以提高甲基丙烯酸轉(zhuǎn)化率。即使甲醇與甲基丙烯酸的摩爾比低,也能得到較高轉(zhuǎn)化率。異丁烯催化氧化法生產(chǎn)甲基丙烯酸甲酯過程中氧化反應(yīng)串聯(lián)生產(chǎn)可降低投資和能源費(fèi)用,無廢水產(chǎn)生,用高效催化劑能減少副反應(yīng)生成。㈢、丙烯法[3]丙烯和一氧化羰和水在過渡金屬催化下一步生成甲基丙酸烯甲酯?，F(xiàn)在一般用鎳碳催化劑，也有用鈀碳催化劑，反應(yīng)溫度45～115度，反應(yīng)壓力20～60atm，整個(gè)反應(yīng)在惰性的溶劑里，選擇轉(zhuǎn)化率99%。還有種工藝是強(qiáng)酸（氫氟酸）催化下丙烯和一氧化碳和水生成異丁酸，然后再和氧氣在催化劑（鐵磷和鉬磷）的作用下生成甲

5、基丙烯酸和水。異丁酸的轉(zhuǎn)化率是90％，甲基丙烯酸轉(zhuǎn)化率是95%，甲基丙烯酸一次性轉(zhuǎn)化率是接近80%，反應(yīng)溫度300～400度，然后和甲醇生成甲基丙烯酸甲酯。㈣、丙烯羰基化法[2]丙烯合成MMA包括丙烯羰基化、脫氫和酯化等步驟,反應(yīng)機(jī)理為:一般來講,用丙烯合成MMA都包括丙烯羰基化、脫氫制不飽和產(chǎn)物;大多數(shù)是經(jīng)過異丁酸或異丁酸甲酯化合成MMA。三、我最喜歡的生產(chǎn)工藝在以上幾種工藝中，我最喜歡異丁烯催化氧化法。[2]因?yàn)楫惗∠┐呋趸ú幌癖璐挤ㄒ粯吁セ磻?yīng)所需硫酸耗量高,最終副產(chǎn)硫酸氫銨多，不環(huán)保。異丁烯催化氧化法不但可降低成本,而且無

6、廢水處理。除此之外，[4]異丁烯催化氧化法第一步采用含Mo-Bi-Fe等復(fù)合金屬氧化物做催化劑,第二步使用P-Mo-V雜多酸型催化劑,最后以酸性離子交換樹脂為催化劑與甲醇酯化為MMA。作者將第二步與第三步合并在同一容器中進(jìn)行,第一段采用含MoBiFeCoSbLaCsO等復(fù)合金屬氧化物催化劑,第二段采用Pd5Pb2FeLa催化劑。將異丁烯氧化制MMA的第二步與第三步反應(yīng)合并在同一容器中進(jìn)行,可精簡MAA的分離等步驟,縮短了工藝流程,提高了總的收率。[4]甲基丙烯醛氧化酯化為甲基丙烯酸甲酯的反應(yīng)采用的主催化劑為Pd,添加Pb可提高選擇性,當(dāng)反

7、應(yīng)體系中w(H2O)<3.5%時(shí),可以防止催化劑活性降低,抑制副產(chǎn)物甲基丙烯酸的生成,酯化用的甲醇還可循環(huán)使用。所以我認(rèn)為異丁烯催化氧化法是最好的工藝方法，環(huán)境安全容易控制,可以連續(xù)化生產(chǎn)甲基丙烯酸甲酯。四、各生產(chǎn)工藝的影響因素丙酮氰醇法中氰化反應(yīng)受丙酮與氰氫酸摩爾及催化劑比影響，催化劑要用堿催化劑，丙酮與氰氫酸摩爾比大則ACH的單程產(chǎn)率較高。酰氨化反應(yīng)受硫酸的用量、溫度的選擇影響，硫酸要用過量才能全部水解產(chǎn)生中間體，而去其酯化反應(yīng)還受溫度、壓強(qiáng)等的影響，一般都在高溫低壓中進(jìn)行，若溫度過低則可能反應(yīng)不完全。異丁烯催化氧化法不需硫酸，影響因

8、素有催化劑的選擇和添加劑及氧氣的控制量也有一定的關(guān)系。添加劑一般為鐵,鈷和堿性元素，而催化劑則要用高效催化劑才能減少副反應(yīng)生成。另外，氧氣的量也要控制得當(dāng)才能讓反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率更高。丙烯法受溫度、