水杨酰胺脱水制备水杨腈催化反应工艺研究

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芳香腈是一类性质活泼的有机合成中间体,其中水杨腈(邻羟基苯甲腈)是一种在医药、农药领域有重要应用的精细化学品,主要用于医药布尼洛尔以及农药杀菌剂嘧菌酯的中间体化合物,具有良好的市场前景。水杨酰胺脱水制备水杨腈的反应工艺流程和后续分离纯化过程简单,但常用的三氯氧磷、光气等催化剂毒性大,工业操作难度高。因此,研制开发新型高效的绿色催化剂及配套的安全、环保反应工艺具有重要的理论和实际价值。在文献调研与课题组前期工作基础上,本工作首先设计开发了两种类型的复合氧化物固体酸催化剂体系,分别为酸性氧化硅负载磷酸氢钡催化剂与活性氧化铝负载磷钼杂多酸催化剂。通过反应评价分析,催化剂表面酸碱性和结构调变等,研究其构效关系和催化作用机制,主要研究内容和结果如下:1)不同Ba含量的(Ba HPO4)x/Si O2催化剂体系的活性组分均匀分布于载体孔道与表面,具有较多的表面弱、中强和强酸、碱性位点;其中强度适中的弱酸与弱碱性位对催化性能的提高有促进作用。在对催化剂组成和反应条件进行优化后,水杨酰胺转化率接近100%,水杨腈选择性达到53.5%。2)不同焙烧温度对PMo/Al2O3-T催化剂的结构和性能都产生重要的影响,γ-Al2O3的微晶颗粒表现出不同的晶面和比例,从而影响表面酸碱性的分布与强度,其催化作用机制与(Ba HPO4)x/Si O2催化剂体系一致。根据对催化作用机制和构效关系的认识,与合作企业进行了两个催化剂体系融合的复合型固体酸碱催化剂工业开发及固定床反应工艺探索,为进一步的产业化转化奠定了一定的基础。在实验室原理性实验结果的基础上,进行年产300t水杨腈中试设计。采用釜式反应装置,工艺流程包括配料工段、反应工段、精馏工段以及尾气处理工段;对反应釜、搅拌器等进行了设备设计,使用Aspen模拟计算得到≥99%纯度的产品。此外,还对成套中试生产工艺进行了环境影响、安全性、经济性评价分析。
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