异丁基苯合成工艺与反应动力学分析

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1、青岛科技大学研究生学位论文刖吾异丁基苯(isobutyrlbenzene)是合成医药布洛芬的主要原料。目前国内异丁基苯虽有生产，但生产的质量和产量满足不了市场的需求，主要依赖进口。因此研究异丁基苯的生产工艺和反应动力学，寻找最佳的操作条件，设计合适的反应器，对发展我国的医药行业有着重要的意义。传统的生产工艺是采用“一锅煮合成法”，甲苯、丙烯和催化剂一次性加到反应釜中升温反应，反应生成物经失活、水洗、倾析分层和精馏等过程，得到较高纯度的异丁基苯。此工艺的主要缺点在于异丁基苯选择性差、收率低，存在的副反应多，产品分离困难，生产成本高等。本文在分析甲苯、丙烯侧链烷基化合成异丁基苯反应机

2、理的基础上，提出采用“分步合成法”合成异丁基苯。本文一共分为四个部分，分别是文献综述、催化剂的制备与筛选、异丁基苯合成工艺条件的研究和异丁基苯合成反应动力学的研究。(1)文献综述。主要介绍实验研究的目的和意义，异丁基苯的生产工艺和反应机理，异丁基苯生产工艺的研究现状，催化剂载体的分类，釜式反应器的应用及发展，本论文的研究思路与主要内容。(2)催化剂的制备与筛选。介绍了几种常见的催化剂制备方法，考察几种不同的催化体系对异丁基苯收率的影响，确定合适的催化体系，并对此催化剂的催化活性进行考察。(3)异丁基苯合成工艺的研究。通过研究合成异丁基苯的反应历程，确定合适的生产工艺，并考察反应时

3、间、反应温度、搅拌速率、催化剂用量和反应物物料比等因素对异丁基苯收率的影响，确定最佳的工艺条件。(4)异丁基苯合成的动力学研究。介绍了几种复合反应动力学处理方法和反应速率的测定方法，确定排除内外扩散影响的动力学实验条件，确定合成异丁基苯过程的反应级数，研究反应温度与反应速率常数的变化关系，对动力学模型中的参数进行回归。青岛科技大学研究生学位论文1．1课题背景1．1．I目的和意义第一章绪论弟一早三：酉记随着我国国民经济的持续高速发展，能源消耗急剧增长，资源不足的矛盾更加突出。由于我国工业基础薄弱，工艺技术相对落后，相当一部分企业存在着资源有效利用率低的问题，单位产值原料消耗远远高于

4、西方发达国家，这些问题严重阻碍了我国经济全面协调可持续发展，如何提高资源利用率己成为我国经济发展的关键。为缓解资源不足的矛盾，立足当前实际，党中央及时提出建设节约型社会的重要思想，将资源利用率提高到关乎建设社会主义和谐社会的高度。为了提高资源有效利用率，需要从根本上大力节约和合理使用资源，淘汰落后的生产工艺，改进生产技术，推动我国经济建设向资源节约型、环境友好型社会的方向迅速发展。异丁基苯(简称IBB)是合成医药布洛芬的中间体[I弓】。布洛芬【4叫是一种消炎、解热、镇痛药，可治疗风湿性关节炎、变形性关节炎、牙痛、神经痛等对妇产科手术后的炎症、发烧、疼痛也有较好的疗效，且不良反应小

5、，可以长期服用。而目前解热镇痛药物还存在很多的问题，如一些国产乙酰氨基酚口服制剂作用不稳定，且对高热效果不是十分理想，退热作用时间短；阿司匹林及其复方制剂对消化道和血液系统的副作用大，同时可能引起儿童Reye’s综合症等，因此布洛芬的市场应用前景十分广阔。自英国二十世纪六十年代末投入市场以来，布洛芬在国际市场上深受欢迎，十分畅销。世界各国尤其日本竞相展开了布洛芬合成方法的研究。我国从上世纪70年代开始研制布洛芬，起初国内有几十家制药厂生产，但由于生产工艺落后，生产成本比国外进口价格高，且产品质量不稳定，导致国内异丁基苯己基本停产，主要依赖进口来满足市场需求。可见优化异丁基苯生产工

6、艺条件，不但能为国家节省大量外汇，而且也能促进国内布洛芬的生产发展。本文针对现有异丁基苯合成工艺中存在的异丁基苯收率低、选择性差，副反应多等缺点，研究开发一种新的异丁基苯合成工艺，以达到提高异丁基苯收率、降低单耗的目的，对于资源的有效利用具有重要的现实意义。异丁基苯合成工艺及反应动力学研究1．1．2课题来源某制药厂异丁基苯生产车间利用甲苯和丙烯为原料，以金属钾为催化剂，碳酸钠为载体合成异丁基苯。现生产工艺为“一锅煮合成法”，即反应物和催化剂体系一起加入到反应器进行反应，其实质是催化剂的制备和烷基化反应同时进行，此方法虽然操作简单，但催化剂的制备条件和甲苯烷基化反应的条件并不完全相

7、同，如催化剂的制备需要高速搅拌，而烷基化反应需要低速搅拌，“一锅煮”合成工艺的折中方法势必影响到催化剂的性能和烷基化反应的效果。此生产工艺过程主要存在以下几方面的问题：①原料单耗过高；②异丁基苯的合成阶段，丙烯损失严重，甲苯和丙烯的配比不合理；③副产物多；④异丁基苯的收率低。因此急需研发一种经济适用的异丁基苯生产工艺，以解决现有工艺中存在的不足。1．2异丁基苯及其生产工艺概况1．2．1异丁苯的理化性质异丁基苯又名2一甲基丙基苯，英文名为：Isobutylbenzene。结构式为：