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1、毕业设计开题报告应用化学己内酰胺的合成工艺优化一、选题的背景和意义己内酰胺（ε-己内酰胺）英文名称：Caprolactam;CPL，IUPAC名：Azepan-2-one，CAS号：105-60-2，分子式：C6H11NO;NH(CH2)5CO，分子量：113.18，常温下状态是白色晶体,蒸汽压0.67kPa/122°C,闪点125°C,熔点68°C～70°C,沸点270°C,溶于水，溶于乙醇、乙醚、氯仿等多数有机溶剂,相对密度(水=1)1.05(70%水溶液)，稳定。己内酰胺在液态下为无色，在固态下为白色(片
2、状)，手触有润滑感，并有特殊的气味，具有吸湿性，易溶于水和苯等，受热起聚合反应，遇火能燃烧。己内酰胺主要用于生产聚酰胺-6(尼龙-6)。聚酰胺-6又可加工为民用丝，工业丝，工程塑料等[1]。己内酰胺是化纤和工程塑料的重要原料,随着国民经济的快速发展和人民生活水平的逐步提高,对己内酰胺产品的需求日益增长,国产己内酰胺只能满足1/3的需求量,己内酰胺被列为国家鼓励发展的产品。目前,世界上有20多个国家和地区的40多家公司、工厂在应用不同的工艺路线生产己内酰胺[2]。目前,巴斯夫夫公司、住友化学公司等对以固体酸为催化
3、剂的环己酮肟气相贝克曼转位工艺夫公司研究。该工艺的经济效益在于作为催化剂的固体酸滞留在反应器中,故不消耗发烟硫酸和NH3,无副产(NH4)2SO4生成,可有效地降低生产成本,有着很高的经济价值[3-4]。ε-己内酰胺是一种重要的工业原料，可用来制取己内酰胺树脂、己内酰胺纤维和人造革等，也用作医药原料。工业上，主要以环己烷氧化法或苯酚法生产ε-己内酰胺。实验室合成ε-己内酰胺已有不少报导其方法虽有不同，但都是以环已酮为原料,首先合成环己酮肟，然后经贝克曼重排合成ε-己内酰胺：6近年来己内酰胺主要合成路线有：1环己
4、酮-羟胺法环己酮-羟胺法是通过环己酮与羟胺反应生成环己酮肟,环己酮肟在发烟硫酸存在下进行贝克曼转位反应得到转位产物,转位产物经中和、分离、萃取等精制、提纯工序后得到己内酰胺。以沸石为催化剂，通过环己酮肟发生贝克曼重排制备己内酰胺的方法是工业生产己内酰胺的重要途径。目前生产己内酰胺的工厂主要采用两种途径：液相贝克曼重排和气相贝克曼重排。气相重排工艺是目前的研究热点，其具有成本低且无硫酸铵生成，可以采用芳烃以外的原料，对环境污染小的特点；但需要采用新设备，反应过程复杂，且需要价格昂贵的催化剂，前期资金投入大，如Du
5、Pont公司与BASF公司共同开发的丁二烯/甲烷工艺、DuPont公司与DSM公司共同开发的丁二烯/一氧化碳工艺等。所以目前世界上采用经过技术改进的液相重排工艺生产的己内酰胺仍占绝对地位[5]。2甲苯法意大利SNIA公司开发的SNIA工艺是唯一以甲苯为主要原料生产己内酰胺的工艺。本法以甲苯为原料氧化生成苯甲酸,苯甲酸加氢得六氢苯甲酸；用含游离SO3大于3%的发烟硫酸吸收由氨氧化来的亚硝气制备亚硝基硫酸；亚硝基硫酸吸收六氢苯甲酸，在发烟硫酸的作用下反应制得粗己内酰胺；粗己内酰胺经二段萃取及氧化处理、蒸发得到成品己
6、内酰胺。甲苯法的技术特点是生产流程短，但精制步骤多，硫铵副产量很高，装置投产初期存在贵金属催化剂消耗量太大等诸多问题,企业严重亏损经济性不佳，有较大的局限性，在意大利的装置已经停产，仅有我国石家庄化纤有限公司尚在运行。3环己烷光亚硝化法该法是利用氯化亚硝酰具有极易光解离的性质,在光的照射下以环己烷为原料，在亚硝酰氯和氯化氢存在下使其转化为环己酮肟,再与发烟硫酸进行贝克曼重排生成己内酰胺粗品，精制后得产品。6环己烷光亚硝化法工艺特点是省去了环己酮、羟胺、肟化装置使投资的费用降低，流程缩短；但反应器难以设计，耗电量
7、大，物料腐蚀性强等而使发展受到限制。4氨肟化法该法是以环己烷为原料，在催化剂作用下，与氨、双氧水反应，环己酮直接得到环己酮肟。反应混合物环己酮肟、甲醇、氮气在高温下通过分子筛，环己酮肟转化为己内酰胺，或经液相贝克曼重排得到粗己内酰胺，精制得产品。氨肟化法工艺特点是工艺流程较短；能耗较低；三废排放量小；没有副产品硫铵生成；产品质量一般[6]。其主要催化剂有：1沸石分子筛类沸石是一种含结晶水的天然或人工合成的，具有高度有序结构的硅酸铝晶体。由于沸石分子筛所具有的独特结构，使其在各领域被广泛应用.但是天然沸石催化合成
8、己内酰胺的效果并不是很理想，因此对其进行优化或人工合成特定结构的沸石成为研究重点。尹双凤等[7]进行的对分子筛催化性能的研究结果表明由于Ti的引入提高了silicalite-1分子筛活性、选择性及稳定性；而Al或B的存在则不利于己内酰胺的生成。Ti的引入使TS-1呈弱酸性，并且由此推出适量的弱酸位能改善silicalite-1分子筛的重排反应性能。实验结果显示优化条件以甲醇或乙醇为溶剂
