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年产286.767吨对硝基苯甲醚部分工艺设计
第二章 设计方案论证
2.1 原料路线的选择
对硝基苯甲醚是合成医药，有机染料和颜料等重要原料，历来的合成路线主要有3种：对硝基苯酚与氯甲烷反应法、苯甲醚硝化法和对硝基氯苯和甲醇钠反应法。前两种方法因为合成路线长，分离过程复杂，且原料供应紧张，不适宜工业化生产，目前我国都采用对硝基氯苯法，在大量甲醇存在下和固体氢氧化钠在加压釜中反应约10h-13h合成PNA。但该工艺存在着甲醇消耗量大，反应时间长，反应收率低，副产物生产量大，环境污染严重等问题。根据上述工艺缺点，采用相转移催化法合成PNA，以克服现行工艺中反应条件苛刻，水解副产物多，废水量大等缺点，所以采用相转移催化法能创造更多的社会、经济和环境的效益[3]。
通过对不同工艺路线的研究和对比，确定了以对硝基氯苯、甲醇和氢氧化钠为原料，用苄基三乙基氯化铵作相转移催化剂，在常压下合成对硝基苯甲醚的工艺路线。
2.2 生产方法的可行
本工艺应用对硝基氯苯与甲醇反应，以TEBAC为相转移催化剂制得对硝基苯甲醚。反应如下：
ClC6H4NO2+CH3OH+NaOH+TEBAC→NO2C6H4OCH3
反应温度80℃ ，反应时问10h的条件下成了对硝基甲醚。对硝基氯苯的转化率为96.71％ ，对硝基苯甲醚的收率87.42％ ，纯度为99％ 。此工艺操作简单，副反应少，季铵盐的催化效果好。季铵盐作为催化剂虽然不太稳定，但却是相转移催化剂中研究的最早、应用较广的一类相转移催化剂。同时，随着氢氧化钠用量增加，转化率增高。因此本反应选则了35%的NaOH溶液。
本工艺反应条件温和，在常压下，反应时间短，转化率和收率均高，是一条可行的新的工艺路线和方法。本反应需要进行2次结晶，借此保证产品的纯度。
2.3 生产规模的确定
工业化日产量：868.77kg 平均工作日：300天
工业化年产量：260.63吨/年
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第三章 产品方案
3.1 产品名称与性质
名称：对硝基苯甲醚
中文别名：4-硝基苯甲醚 ,对硝基茴香醚, 对硝基苯甲醚, 对甲氧基硝基苯 英文别名：4-Nitroanisole,p-Nitroanisole, p-Methoxynitrobenzene, p-Nitrophenyl methyl ether, 1-Methoxy-4-nitrobenzene
分子式：C7H7NO3
性质：黄色梭柱体结晶。
3.2 性状及理化性质
分子量： 153.14 沸点：274℃ 熔点：54℃
溶解性：易溶于醇、醚和沸石油醚，微溶于冷石油醚，水中溶解度约为7 %。 密度：相对密度(水=1)1.20 稳定性：稳定
危险标记：14(有毒品) 主要用途：用作有机合成中间体[4]
3.3产品的质量规格
产品PNA的收率大于95%（按对硝基氯苯计算），经气相色谱分析，产品纯度>99.0%
对硝基氯苯工业品（>99%）,甲醇（AR）氢氧化钠（AR）
3.4 产品的生产制度
工业化日产量：868.77kg 平均工作日：300天
工业化年产量：260.63t/Y
3.5 包装与储藏
危险货物编号：61697 UN编号：2730 包装类别：O53
包装方法：液态：小开口钢桶；螺纹口玻璃瓶、铁盖压口玻璃瓶、塑料瓶或金属桶（罐）外普通木箱；螺纹口玻璃瓶、塑料瓶或镀锡薄钢板桶（罐）外满底板花格箱、纤维板箱或胶合板箱。固态：塑料袋或二层牛皮纸袋外全开口或中开口钢桶；螺纹口玻璃瓶、铁盖压口玻璃瓶、塑料瓶或金属桶（罐）外普通木箱；螺纹口玻璃瓶、塑料瓶或镀锡薄钢板桶（罐）外满底板花格箱、纤维板箱或胶合板箱[5]。
储存：密封阴凉保存
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第四章 生产方法与主要工艺流程
4.1 生产方法
使用间歇式反应，在常压下用氢氧化钠，甲醇与对硝基氯苯反应，TEBAC为相转移催化剂，制取对硝基苯甲醚。
4.2 主要流程：
洗涤过滤 重结晶 洗涤过滤
图4.2 主要流程示意图
氢氧化钠 甲醇、对硝基氯苯、TEBAC 配碱 反应 回收、结晶 洗涤过滤 产品
重结晶 干燥 4.2.1 配碱过程：
氢氧化钠 混合反应 水 35%氢氧化钠溶液 图4.2.1 配碱过程示意图
4.2.2 反应过程：
甲醇、对硝基氯苯、TEBAC 反应 35%氢氧化钠溶液 图4.2.2 反应过程示意图 产物
4.2.3 回收、结晶过程：
甲醇
产物 结晶 回收 母液 图4.2.3 回收、结晶过程示意图
4.2.4 洗涤、过滤过程：
粗结晶 洗涤、过滤
结晶 图4.2.4 洗涤、过滤过程
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第五章 生产工艺控制和中间体质量标准
5.1 生产工艺控制
影响此反应的主要因素有：氢氧化钠的浓度、配料比、催化剂的用量和种类、反应时间、反应温度等。
当碱浓度增加，转化率及收率均提高，但成本也有所提高。当催化剂的用量<1%时，催化效量不好，用量达6%(摩尔数)时催化效果较理想，由于催化剂交换量一般为3mmol/g，所以加入量约10 %(重量)。随着反应时间的延长，转化率上升，刚开始时转化率转快，随着反应进行，转化率趋于平缓。
配碱过程中控制35%氢氧化钠的温度，温度控制在65℃。反应过程温度控制在70℃，甲醇回流过程温度控制在80℃，离心分离过程注意结晶的颗粒度，速度不能太快也不能太慢，能控制晶体颗粒度小一些。
5.2 中间体质量标准
表5.2.1 原料与产物质量表
序号 1 2 3 4 5
各步反应的收率：
名称 甲醇 对硝基氯苯 氢氧化钠 水 TEBAC
分子
规格 量 0.98 32.04 0.988 157.56 0.98 40.01 1.00 18.01 0.99 227.78
表5.2.2 中间各步收率表 配碱 主反应 回收结晶 过滤洗涤 干燥 100% 96.78% 98% 98% 99% 实验产品含水量5% 实际得到产品量=产量×（1-5%）=G实际得到产品×(1-5%)=37.4×(1-5%)=35.53g 对硝基氯苯投入摩尔量=对硝基氯苯投入质量×规格/对硝基氯苯分子量=G对硝基氯苯×0.988/M对硝基氯苯=39.4×0.988/157.56=0.2471mol
对硝基苯甲醚理论产量=对硝基氯苯投入摩尔量×对硝基苯甲醚分子量=G投入对硝基氯苯×M对硝基苯甲醚=0.2471×153.14=37.84g
折纯对硝基苯甲醚量=实际得到产品量×规格=G实际得到产品×0.99=35.53×0.99=35.1747g
总收率=折纯对硝基苯甲醚量/对硝基苯甲醚理论=35.174/37.84=0.9296=92.96% 总收率=各部收率乘积=Y配碱收率×Y硝化反应收率×Y回收甲醇冷却纯品收率×Y过滤洗涤收率×Y干燥收率
主反应收率=92.96%/(100%×98%×99%×99%)=96.78%