铜酞菁的生产工艺设计.docVIP

一 目标化合物的概述 1. 产品名称、化学结构及理化性质 铜酞菁的分子式为C32H16CuN8，相对分子质量为574。铜酞菁的热稳定性 分解温度高达400℃[3]，其化学结构： 铜酞菁又名粗酞菁蓝，是生产酞菁蓝B、酞菁蓝BGs、酞菁绿、直接耐晒翠蓝等多种颜料、染料产品的基本原料，是重要的有机颜料中间体．酞菁蓝具有鲜艳的蓝色，高度的着色力和优良的牢度，耐光、耐热、耐酸碱、耐有机溶剂等稳定性极好的特点，广泛用于涂料、油墨、油漆、橡胶、塑料等方面，此外，在半导体、原子能、激光等工业中也有特殊的用途[1]。 二、目标化合物已有合成线路简介 目前生产铜酞菁的方法主要有三种：邻苯二腈法[6]和苯酐尿素法．前者是用邻苯二腈和铜盐，在触媒作用与饱和氨气的环境中加热得到；后者是以苯酐、尿素、氯化亚铜、钼酸铵等为原料加热制得，苯酐尿素法又有固相法[1]和液相法[7、9]．液相法是将原料溶解在三氯化苯等有机溶剂中进行反应；固相法是将原料加热至140℃熔化后再装入金属盘内在240～260℃下反应4-5h制得。 现在在原有的方法上通过改进有几个不同的方法。料浆法即采用加入少量溶剂和固体垫底物生产铜酞菁的生产工艺，结合了固相法和溶剂法的优点[6]。溶剂油法是以溶剂油和煤油代替溶剂法中三氯苯[8]。其中，溶剂油无毒、无异味，化学性质稳定，其最大的优点就是对大气、地表不会造成污染，极微量的残留物质中不存在致癌物质，而且资源丰富，成本低；因此溶剂油完全可以代替现在生产所用的三氯苯或硝基苯，它是一种物美价廉的好溶剂。干法合成铜酞菁工艺是继烘焙法、固相法、溶剂法之后的又一合成铜酞菁的新型生产方法[17]。通过选用快速紊流混合及素流反应等专用设备和装置，提高传热传质效率，增加反应质点接触和碰撞机率，达到提高反应效率和铜酞菁合成品纯度之效果。 一．邻苯二腈法 铜酞菁的制备：称量计算量的邻苯二腈、氢氧化铜和酞菁在一定量的乙二醇中混和，先在100。C反应2 h，然后在160℃反应5 h。得到的固体产物与溶剂分离后，再在稀盐酸中于90℃处理l h，过滤，水洗涤后干燥得铜酞菁。 二．苯酐尿素法-固相法 称取一定量的尿素于不锈钢反应罐(自制)中，置于油浴中加热熔解后，加入计算量的苯酐、钼酸铵和铜盐，在搅拌下维持140℃左右反应一定时间后，加入添加剂NS，再反应一定时间后升温至240℃反应4 h左右，冷却后研磨成粉末，用70～80℃热水洗涤3次，热抽滤，沉淀干燥后得CuPc称量。 三．苯酐尿素法-溶剂法 在反应器中加入苯酐，尿素，氯化亚铜，钼酸铵及溶剂160S，搅拌，加热升温至170±2℃或195±3。C，保温反应15小时。向反应混合物加入一定量的w(NaOH)10％水溶液，进行水蒸汽蒸馏，除去有机溶剂后，冷却抽滤，水洗滤饼，将滤饼放人一定量的w(HCI)5％一7％的稀盐酸中，加热煮沸24小时，再过滤、水洗至中性，烘干 四．料浆法 将A溶剂和CuPc按一定比例加入带有气体捕集器的三口瓶内，气体捕集器是由串联的气体吸收瓶组成，第一级用水吸收，第二级用稀硫酸吸收。加热三口瓶至一定温度后投人苯酐，尿素和少量催化剂、添加剂。在达到一定温度后加入氯化亚铜，然后升温到反应温度后保温一段时间，反应生成粗CuPc。 三、目标化合物已有合成线路优劣分析 1.邻苯二腈法 邻苯二腈法以其铜酞菁合成品的纯度高，可生产系列产品的操作方法简便而著称于世。但是，由于原料邻苯二腈不易得到，且价格很高，导致铜酞菁合成品成本很高。 2.苯酐尿素法-固相法 优点：生产工艺简单，无溶剂回收和有机溶剂污染问题，周期短，设备投资低，所得产品无须进行处理，可直接研磨制得B一型CuPc。用该法生产铜酞菁，装置简单，操作简便，操作条件有较大改善，铜酞菁合成品晶粒聚集体细小是它的优点。而固相反应的特点是反应物浓度高，反应速度快，在反应时为减少物料的升华，分解的损失，应使反应物间以最大的接触面相互接触而反应。尤其是成本较低，铜酞菁合成品中不含多氯联苯(PCB)，不含有残留溶剂。不存在污染与回收问题。 缺点：产品质量较差，生产过程控制难，产品质量比溶剂法差，CuPc含量只有70％-75％。反应物容易结块，与反应器粘连致使不易充分混合，热分布不均。 3.苯酐尿素法-溶剂法 优点：铜酞菁的溶剂法合成工艺及其生产方式以其合成品纯度高，反应设备易制造，生产能力大，产品收率高(90～97％)产品纯度高(95％)，传热传质效率高，反应过程易控制。 弱点：溶剂法合成铜酞菁工艺的弱点是生产装置多，投资较大，生产周期长，耗能高，溶剂要回收复用，回收率85—95％，其余弥散于操作空间，环境污染严重，而使工艺复杂，而且有机溶剂易生成致癌物多氯联苯(简称PCB)而影响产品质量，且回收