硫酸羟胺溶析结晶过程研究

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硫酸羟胺(Hydroxylamine Sulfate,HAS)是羟胺盐中应用较为广泛的一种,是药物合成的中间产物,也是一种还原剂,同时还可以用作化学显影剂和橡胶硫化剂;此外,硫酸羟胺的肟或异羟肟酸衍生物也是农药合成的原料。结晶是硫酸羟胺工业生产过程中影响其产品质量的关键环节。国内相关生产企业由于缺乏对硫酸羟胺结晶过程的系统研究,晶体产品质量不佳,结晶过程成为了硫酸羟胺生产过程中制约其产品质量提升的瓶颈问题。针对硫酸羟胺生产过程中存在的结晶问题,本文对硫酸羟胺结晶过程进行了系统研究,实验研究了硫酸羟胺的固-液相平衡和液-液相平衡特性,并根据结晶热力学实验结果对硫酸羟胺结晶工艺进行了系统考察,确定了硫酸羟胺优化结晶工艺。具体研究内容及研究结论如下:(1)测定了硫酸羟胺在水-乙醇混合溶剂中的固-液相平衡数据,并分别采用修正的van’t Hoff、Apelblat、van’t Hoff-Jouyban-Acre和Apelblat-Jouyban-Acree模型对实验测得的溶解度数据进行了拟合。拟合结果表明Apelblat模型具有最佳预测精度,最大预测误差为6.50%。通过van’t Hoff模型估算了硫酸羟胺在水-乙醇中的溶解吉布斯自由能△disG(?)、溶解焓△disH(?)、溶解熵△disS(?)。结果表明硫酸羟胺在实验溶剂的溶解过程中,溶解焓变对溶解吉布斯能变的贡献大于溶解熵变,硫酸羟胺在实验溶剂中的溶解是吸热、熵增驱动过程。(2)研究了水-乙醇-硫酸羟胺体系的油析特性,并构建了三元油析相图。实验研究了温度对油析相图的影响,并确定了硫酸羟胺油析结晶过程的成核位点。研究结果表明:温度主要是通过影响水-乙醇-硫酸羟胺体系的固-液相平衡进而改变各相组成区域,但对液-液相平衡点的影响不显著;硫酸羟胺油析结晶的成核过程遵循两步机制:体系中先出现液-液相分离,随后在水相中出现成核与晶体生长。(3)根据对水-乙醇-硫酸羟胺体系固-液相平衡以及液-液相平衡的研究结果,系统研究对比了蒸发浓缩-冷却耦合结晶与溶析结晶工艺的特点,确定溶析结晶为硫酸羟胺的优选结晶方法。以乙醇为溶析剂,以结晶收率、晶体粒度及粒度分布为考核指标,考察了不同工艺参数对硫酸羟胺结晶收率、晶体粒度及其分布的影响,最终确定了硫酸羟胺溶析结晶优化工艺条件:结晶温度为313.15 K,溶析剂乙醇的用量为1.05g乙醇/g原料,溶析剂乙醇的滴加速率为1.54 mL/min,搅拌速率为300 rpm,晶种加入量为溶质质量的1%,熟化时间为1h。对硫酸羟胺优化结晶工艺进行了实验验证,硫酸羟胺优化晶体产品平均粒径为755.66μm,C.V.值为46.74,收率为84.07%。硫酸羟胺结晶热力学及结晶工艺的研究为硫酸羟胺结晶过程的工业化设计提供了基础数据,具有重要的应用价值。
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