制备荧光增白剂CBS-351工艺优化研究及其500t/a工业化设计

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荧光增白剂是一类重要的精细化工产品,属于光学无色染料。它的作用原理是利用光效应增白物质。其年产量与全球染料年产量之比为0.1-0.12。现发展为15个类型,359个品种,共计4000多个型号。它广泛应用于日化、纺织、造纸、合成树脂和合成纤维等工业。我国荧光增白剂的生产并使用已有了较长的时间,目前已发展为十几个品种,产量占染料的4%-5%。其消费组成为:约1%荧光增白剂应用于高分子合成,20%应用于纺织品业,34%应用于造纸业,45%应用于日用化学业。目前,每年国内仅用于洗涤剂行业约10000吨增白剂,其中荧光增白剂CBS类占约1000吨。荧光增白剂CBS-351(下文简称CBS-351)又名二苯乙烯联苯二磺酸钠,分子式为C34H28Na2O8S2。它是一种荧光染料,又称为白色染料,属阴离子性。其结构是一种单双建共轭结构的苯系衍生物结构。CBS-351对氯漂、氧漂不敏感,经日晒稳定,对酸碱惰性,性能优异,主要应用于日化洗涤产品,尤其在不同档次的洗衣粉、肥皂、香皂、洗衣膏及液体洗涤剂,都可以明显改善其综合性能,从而实现产品内外质量的大幅提升。它以其优良性能超越了其它日化类型荧光增白剂,从而成为目前全球洗涤剂行业公认效果最佳的荧光增白剂品种。目前我国工业生产该产品均采用联苯二步法,其合成总收率接近75%,产品品质虽提升明显,但是其制备的经济性,能耗方面不理想。本文针对荧光增自剂CBS-351合成更换低成本溶剂,研究提高其收率,生产过程的物料综合利用等几个方面进行实验探讨,并找到可靠的解决方法,从而进一步提出工业化设计方案。研究工作可具体分为以下几个步骤:第一步中间体酯化物合成,又名4,4’—双(二乙氧基膦酰甲基)联苯。第一步酯化反应实验,我们以联苯二甲基氯苄、亚磷酸三乙酯作为反应原料,分别考察反应温度、时间、摩尔比、水分对酯化反应影响及副产物氯乙烷的收取。在综合考虑该步反应的能耗及经济性,我们对其合成工艺优化,得到优化的工艺参数:反应温度168℃,反应时间4h,亚磷酸三乙酯与联苯二甲基氯苄摩尔配比3:1,体系水分小于0.3%,第二步CBS-351的合成,在体系水分小于0.1%条件下,将中间体酯化物、邻磺酸钠苯甲醛均匀分散于二甲基甲酰胺中,滴加不小于28%质量分数的液体甲醇钠,控制反应温度,进行反应5-8h。反应结束,固液分离,纯化,过滤得到产品CBS-351。两步反应总收率可达到85%以上。该步实验我们研究了温度、碱量、溶剂量、水分、精品酯化物与粗品酯化物对CBS-351的合成收率影响,同时研究反应物料后处理及精制母液回用,对产品品质及降低生产能耗物耗的研究。其最佳反应工艺条件为:反应温度40℃,碱量为酯化物2.5倍(摩尔),溶剂量为酯化物4倍(质量),水分小于0.1%,第三步,我们结合资料数据及实验所得最佳工艺条件进行了500t/a CBS-351工业化方案简单设计。
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