22850.乙醇胺環(huán)化合成哌嗪的研究

1、分類號：UDC：TQ6126密級：華東理工大學學位論文乙醇胺環(huán)化合成哌嗪的研究褚永良指導教師姓名：蔡建國教授華東理工大學化學工程研究所申請學位級別：碩士專業(yè)名稱：化學工程論文定稿日期：20140415論文答辯日期：20140523學位授予單位：華東理工大學學位授予日期：答辯委員會主席：評閱人：周曉龍教授鄧修教授黃瑞華高工華東理工大學碩士學位論文第1頁乙醇胺環(huán)化合成哌嗪的研究摘要哌嗪(piperazine，簡稱PIP)作為一種重要的精細化

2、工原料和中間體，在醫(yī)藥、農(nóng)藥和染料等領域有著廣泛的應用。工業(yè)上合成哌嗪的方法按原料分類可分為很多種，目前較多采用的方法是以價格相對低廉的乙醇胺為原料來合成哌嗪。本文主要研究了以乙醇胺為原料，RaneyNi為催化劑，在氫氣氣氛中合成哌嗪的工藝路線。在合成工藝方面，通過單因素實驗，考察了反應溫度、反應時間、氫氣壓力和溶劑等因素對乙醇胺的轉(zhuǎn)化率、哌嗪的選擇性和收率的影響。實驗結(jié)果表明，反應的最佳溫度為200“C，此時乙醇胺的轉(zhuǎn)化率為9593％

3、，哌嗪的選擇性達4958％。200。C下反應的最佳時間為4h，氫氣壓力為3MPa，最佳的催化劑用量為原料質(zhì)量的20％。水作為反應的最佳溶劑，不僅可以有效地防止乙醇胺發(fā)生聚合反應，而且有利于產(chǎn)物哌嗪迅速地脫離催化劑表面，從而提高哌嗪的選擇性。通過正交試驗，確定了影響轉(zhuǎn)化率和選擇性的最關鍵因素是反應溫度，其次是反應時間，最后是氫氣壓力。乙醇胺轉(zhuǎn)化率的最佳工藝條件為溫度200。C，反應時間6h，氫氣壓力3MPa，此時乙醇胺的轉(zhuǎn)化率為9500％

4、。哌嗪選擇性的最佳工藝條件為溫度200。C，反應時間6h，氫氣壓力7MPa，此時哌嗪的選擇性高達5467％。通過GCMS對反應產(chǎn)物進行了定性分析，確定了羥乙基哌嗪和氨乙基哌嗪為主要的副產(chǎn)物。通過分析和實驗證明，氫氣作為反應物參與了加氫步驟的反應。同時，氫氣的存在使得反應體系具有一定的壓力，抑制了脫氫和脫氨等體積增大的副反應的發(fā)生。首次提出并嘗試在二氧化碳氣氛下合成哌嗪的工藝路線。實驗結(jié)果表明，乙醇胺吸收二氧化碳后生成了乙醇胺甲酸，該物質(zhì)

5、很難環(huán)化生成哌嗪。研究了氫氣壓力3MPa下的乙醇胺催化環(huán)化反應動力學。結(jié)果表明，乙醇胺的反應級數(shù)為二級，動力學方程為一FdC乙醇睦／dFl687“1015exp(141973／RT)C乙醇胺2，反應活化能為141973kJ／mol。研究了乙醇胺催化環(huán)化主副反應的熱力學。首先，利用基團貢獻法估算出反應體系中各物質(zhì)在標準狀態(tài)下的熱力學數(shù)據(jù)，計算得到了標準狀態(tài)下的反應焓變、吉布斯自由能變和平衡常數(shù)。其次，通過設計可逆過程求得了423—523K