CN109232276B - 一种使用微波炉装置区域熔炼提纯对苯二胺的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种使用微波炉装置区域熔炼提纯对苯二胺的方法，包括结晶步骤、区域融化步骤、区域结晶步骤以及成品切片步骤，通过对苯二胺粗品晶体在局部至少一次的区域熔炼，将杂质富集，最终将杂质排出系统，并且通过微波加热的方式，利用分子间的振动进行加热，加热更加均匀，不会产生因传统加热方式从外部传热造成热量向竖直方向传递过多，导致结晶层与融化层之间互相渗透，影响杂质的富集，与传统的提纯方法相比，具有能耗低、杂质去除彻底，产品收率高操作的容错率高、产品的质量稳定、操作过程简单、自动化程度高、无废料产生、不产生污染等优点。

Description

一种使用微波炉装置区域熔炼提纯对苯二胺的方法

技术领域

本发明涉及一种化合物的提纯方法，尤其是一种对苯二胺的提纯方法。

背景技术

对苯二胺,又名乌尔丝D，是最简单的芳香二胺之一，也是一种有广泛应用的中间体，可用于制取偶氮染料，高分子聚合物，也可用于生产毛皮染色剂，橡胶防老剂和照片显影剂，另外对苯二胺还是常用的检验铁和铜的灵敏试剂。

通常，对苯二胺采用对硝基氯苯氨解后的对硝基苯胺加氢还原制得，为得到高纯对苯二胺原料，还原得到的对苯二胺产品都需要提纯精制，常规精馏往往需要较高的块理论板和很高的回流比，可达到一定纯度的产品的要求，但仍不能满足高纯度产品的要求，特别是用于高品质对位芳纶聚合原料的要求。而且，对苯二胺的分离提纯需要较高的真空度，再考虑回流比的影响，因此精馏法的能耗大大高于结晶法。

现有技术专利号CN100358860C中描述了一种结晶精制对苯二胺的方法，对苯二胺在溶剂水中经溶解、冷却结晶，形成颗粒状结晶体，再经分离和真空干燥为成品。

在溶剂结晶过程中，除结晶操作单元以外，还需要离心、干燥和溶剂回收等操作单元，因此流程长，主体设备较多，存在投资高、精制过程能耗较高、废水排放的环境问题。

现有技术专利号CN101250113B中描述一种熔融结晶精制对苯二胺的方法，利用精馏产品冷凝液直接进行熔融结晶提纯，通过至少一次结晶及发汗的分步结晶获得高纯产品。

在熔融结晶的过程中，存在产品收率较低，产品的产量不高，长时间保持高温对产品质量有一定影响，多级发汗结晶对温度的精度要求较高，特别温度控制操作不当会大幅度影响产品质量等缺点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种通过区域熔炼来提纯对苯二胺的方法，通过对苯二胺粗品晶体在局部至少一次的融化结晶即区域熔炼，将杂质富集，最终将杂质排出系统，并且通过微波加热的方式，利用分子间的振动进行加热，加热更加均匀，不会产生因传统加热方式从外部传热造成热量向竖直方向传递过多，导致结晶层与融化层之间互相渗透，影响杂质的富集。

所述方法步骤如下：

(1)结晶：将精馏分离得到的对苯二胺粗品趁热加入石英玻璃柱中，降温结晶，所述对苯二胺粗品中主要杂质为邻苯二胺；

(2)区域融化：开启气缸将石英玻璃柱装有对苯二胺粗品结晶的顶端置于微波炉装置的中部，所述微波炉装置包括磁控管、变频控制器、透光仪、电源以及磁控管盒，开启微波炉装置，对苯二胺粗品吸收微波被均匀加热，直至融化，透光率迅速变大，通过透光仪向变频控制器输出电信号，变频控制器控制电源电压降低，石英玻璃柱中的对苯二胺粗品在融化后不再进一步被加热到更高温度，加热速率与散热速率维持平衡,微波炉装置加热的同时，气缸带动石英玻璃柱相对于微波炉装置竖直缓慢向上移动，当石英玻璃柱中的未融化的对苯二胺粗品随石英玻璃柱上升阻挡透光仪的入射光，使透光率急剧变小，通过透光仪向变频控制器输出电信号，变频控制器控制电源电压增大，加热功率变大，石英玻璃柱中的对苯二胺粗品被加热直到融化，形成一个加热循环；

(3)区域结晶：在石英玻璃柱被气缸缓慢提升的过程中，上部融化的对苯二胺被提升出磁控管，逐渐冷却结晶，由于邻苯二胺熔点低于对苯二胺，对苯二胺结晶时，邻苯二胺还呈液态，且邻苯二胺在液态对苯二胺中的溶解性较好，故在区域结晶的过程中，杂质逐渐向液态对苯二胺富集，通过局部的融化结晶即区域熔炼，杂质随液态对苯二胺逐渐被富集到石英玻璃柱的底部；

(4)成品切片：从底部开始融化石英玻璃柱中的对苯二胺，排出总重量10％至20％的对苯二胺残液，将剩余的高品质对苯二胺融化后排出，冷却结晶切片，得到对苯二胺成品。

所述步骤(4)所得的对苯二胺残液经收集后，精馏后作为步骤(1)的进料。

所述步骤(2)至步骤(3)重复3遍再进行步骤(4)，能够显著提高对苯二胺成品的质量。

以上所述方法均需在密闭和氮气保护下进行，所有容器需用氮气提前置换，进料出料过程需要氮气保护。

本发明采用微波炉加热进行区域熔炼来提纯对苯二胺粗品，能够将含量为99.5％的对苯二胺粗品提纯到含量为99.9％至99.999％的高纯对苯二胺，能够满足高品质对位芳纶对原料对苯二胺的要求。

本发明产生的有益效果有：操作过程中，因不需将全部物料融化保温，只需将局部物料加热融化，最大程度地降低能耗；由于微波加热均匀，杂质富集彻底，在保证产品质量的同时产品收率高；微波加热过程中不需对温度控制像发汗结晶一样精确，只要保证物料局部融化且不超温太多即可，操作的容错率提高，产品的质量稳定；操作过程简单，自动化程度高；无废料产生，不产生污染。

附图说明

图1为微波炉装置的控制原理

图2为微波炉装置的俯视剖视图

图3为对苯二胺提纯过程的示意图

图中：石英玻璃柱-1、气缸-2、磁控管盒-3、磁控管-4、氮气进气口-5、氮气出气口-6、进料口-7、出料口-8、支架-9、对苯二胺粗品-10、透光仪-11

具体实施方式

为使本发明实现的方法、特征与功效更易被理解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1：

对硝基苯胺经加氢后，脱溶、除焦、脱轻、精馏得到对苯二胺粗品，主含量为99.5％(质量百分含量)，主要杂质为邻苯二胺，含量为0.48％(质量百分含量)，其他杂质含量为0.02％(质量百分含量)，由于精馏过程是在除焦之后，大部分的重组分已经随焦油采出，粗品中其他杂质相对于对苯二胺为轻组分，沸点比之稍低，通过精馏方法难以除去；

结晶：将石英玻璃柱1用氮气置换至氧气含量低于100ppm，趁热向石英玻璃柱1中放入对苯二胺粗品10的熔融液，氮气保护降温使结晶。所述石英玻璃柱1的内径为2cm，厚度为2mm，装料高度为150cm；

区域融化：开启气缸2将石英玻璃柱1装有对苯二胺粗品10结晶的顶端置于微波炉装置的中部，所述气缸2驱动石英玻璃柱1的速度可调，所述微波炉装置包括磁控管、变频控制器、透光仪11、电源以及磁控管盒3，磁控管加热腔的高度被磁控管盒3限制，加热腔的高度为1.5cm，磁控管4的加热功率最大为700W，开启微波炉装置，对苯二胺粗品10吸收微波被均匀加热，直至融化，透光率迅速变大，通过透光仪11向变频控制器输出电信号，变频控制器控制电源电压降低，石英玻璃柱1中的对苯二胺粗品10在融化后不再进一步被加热到更高温度，加热速率与散热速率维持平衡,微波炉装置加热的同时，气缸2带动石英玻璃柱1相对于微波炉装置竖直缓慢向上移动，上升速度保持在0.6cm/min，当石英玻璃柱1中的未融化的对苯二胺粗品10随石英玻璃柱1上升阻挡透光仪的入射光，使透光率急剧变小，通过透光仪11向变频控制器输出电信号，变频控制器控制电源电压增大，加热功率变大，石英玻璃柱1中的对苯二胺粗品10被加热直到融化，形成一个加热循环；

区域结晶：在石英玻璃柱1被气缸2缓慢提升的过程中，上部融化的对苯二胺被提升出磁控管，逐渐冷却结晶，杂质逐渐向液态对苯二胺富集，通过局部的融化结晶即区域熔炼，杂质逐渐被富集到石英玻璃柱1的底部；

结晶切片：从底部开始融化石英玻璃柱1中的对苯二胺，融化从底部起15cm高度的物料，排出总重量10％的对苯二胺残液，残液中对苯二胺含量为95.9％，此对苯二胺残液套用到精馏操作中，精馏后的产品可以用于结晶步骤的进料，将剩余的对苯二胺融化后排出，冷却结晶切片，得到对苯二胺成品，成品对苯二胺含量为99.9％至99.95％；

实施例2：

与实施例1不同的是将区域融化和区域结晶步骤重复3遍，进一步使杂质富集到石英玻璃柱1的底部，最后一步结晶切片：从底部开始融化石英玻璃柱1中的对苯二胺，融化从底部起15cm高度的物料，排出总重量10％的对苯二胺残液，残液中对苯二胺含量为95.1％，此对苯二胺残液套用到精馏操作中，精馏后的产品可以用于结晶步骤的进料，将剩余的对苯二胺融化后排出，冷却结晶切片，得到对苯二胺成品，成品对苯二胺含量为99.99％至99.992％；

实施例3：与实施例2的区别在最后一步结晶切片：从底部开始融化石英玻璃柱1中的对苯二胺，融化从底部起30cm高度的物料，排出总重量20％的对苯二胺残液，残液中对苯二胺含量为97.5％，此对苯二胺残液套用到精馏操作中，精馏后的产品可以用于结晶步骤的进料，将剩余的对苯二胺融化后排出，冷却结晶切片，得到对苯二胺成品，成品对苯二胺含量为99.995％至99.999％。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，在不背离本发明的原理或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (1)

1.一种使用微波炉装置区域熔炼提纯对苯二胺的方法，包括以下步骤：

(1)结晶：将精馏分离得到的对苯二胺粗品趁热加入石英玻璃柱中，降温结晶，所述对苯二胺粗品中主要杂质为邻苯二胺，所述石英玻璃柱与气缸相连；

(2)区域融化：开启气缸和微波炉装置将石英玻璃柱装有对苯二胺粗品结晶的顶部置于微波炉装置的中部进行加热，通过自动控制，石英玻璃柱中的对苯二胺粗品在融化后不再进一步被加热到更高温度，微波炉装置加热的同时，气缸带动石英玻璃柱相对于微波炉装置竖直缓慢向上移动，当石英玻璃柱中的未融化的对苯二胺粗品随石英玻璃柱上升到微波炉装置的中部，通过自动控制对石英玻璃柱中未融化的对苯二胺进行加热，石英玻璃柱中的对苯二胺粗品被加热直到融化，形成一个加热循环；

(3)区域结晶：在石英玻璃柱被气缸缓慢提升的过程中，上部融化的对苯二胺被提升出微波炉装置，逐渐冷却结晶，杂质逐渐向液态对苯二胺富集，通过局部的融化和结晶即区域熔炼，杂质逐渐被富集到石英玻璃柱的底部；

(4)成品切片：重复步骤(2)至步骤(3)三遍，从底部开始融化石英玻璃柱中的对苯二胺，排出总重量10％至20％的对苯二胺残液，所述对苯二胺残液经过收集，精馏后作为步骤(1)的进料，将剩余的高品质对苯二胺融化后排出，冷却结晶切片，得到对苯二胺成品；

所述步骤(1)至步骤(4)均在密闭和氮气保护条件下进行。

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