请问对苯二酚的实验室制法

对苯二酚及邻苯二酚

简介：这两个化合物是极其重要的中间体，

应用领域极其广泛，国内需求量很大。邻苯二

酚是重要的医药中间体，可用来制造止咳素、

丁子香酚、黄连素和异丙肾上腺素等。另外，

还可用于抗氧剂、杀菌剂、染料、香料等制备。

对苯二酚主要用作照相的显影剂，还可用于橡

胶和汽油的抗氧剂。目前国内所采用的生产一I：

艺成本高，劳动强度大，三废大。新工艺采用

先进的邻苯二酚联产对苯二酚的生产l_[艺，即

苯酚在TS-1合成分子筛的催化作用下，与双氧

水作用发生羟基化反应，生成邻、对苯二酚。

此工艺优点在于原料易得，反应条件温和， 反

应副产物绝大部分为水，苯二酚选择性高达99

％以上，三废污染小，产品成本低，符合当今

绿色化学的发展趋势，经济效益和社会效益都

非常好。对苯二酚及邻苯二酚产品纯度均为>98

％。所需厂房面积400 m。。主要设备有：反应

器、蒸馏釜、真空系统等设备。主要原材料有：

苯酚、丙酮、双氧水等原料。这两个产品目前

市场需求量大，其中邻苯二酚每年均需要进口。

由于环境保护的需要，国内许多采用传统工艺

生产对苯二酚的企业目前均在减产或停产。

2001年每吨产品成本<2．3万元，目前市场售价

又升高。(SUP7939)

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气体抗溶剂过程(GA S) 是由Gallagher 和Krukon is 等[ 1 ] 于1989 年首先提出的, 其最初的实

验操作是一个间歇的过程。1993 年Sang2Do Yeo

等[ 2 ]将其改进为连续过程, 并成功地应用于胰岛素

超细颗粒的制备。与传统的喷雾干燥、气流粉碎、研

磨、冷冻干燥等方法相比, 连续GA S 过程制备的颗

粒具有粒径分布窄、生物成分不易失活等优点。1998

年Rererchon[ 3～ 4 ]对近几年超临界抗溶剂过程研究

作了总结与回顾, 证明这一过程在某些领域是非常

有效的。利用该方法, 人们已经得到了有用的微颗粒

和亚微颗粒产品。本文将该方法应用于对苯二酚颗

粒的制备过程, 通过改变操作参数(溶液浓度和溶液

流量等) , 研究过程变量对颗粒形貌和尺寸的影响。

1 实验部分

1. 1 实验装置

实验装置如图1 所示, 包括液体进料系统、二氧

化碳进料系统、结晶器、气液分离器及气体流量计

量、温度控制和压力控制等6 个部分。该装置的最高

操作压力为25M Pa, 最高操作温度为200°C。温度、

压力、液体流速和气体流速的测量精度分别为

±0. 1°C、± 0. 1M Pa、± 0. 01L öm in 和± 0. 02Lö

m in。

图1 超临界制细过程工艺流程图

F ig. 1 Schemat ic fo r ult ra2fine part icle p reparat ion

using SCF

1—So lution supp ly2—M etering pump3—P ressure

gauge4—Check valve5—One2way valve6—F ilter7—

Cylinder8—Reducing value9—D ryer10—Comp resso r

11—YT22 p ressure regulato r12—Nozzle13—Crystalliz2

er14—Samp ler15—Temperature contro l system16—

Co il heater17—Separato r18—Ro tameter19—W et test

meter

1. 2 实验方法

超临界CO 2 作为抗溶剂连续结晶过程中的溶

液与抗溶剂是以并流或逆流的方式连续进入结晶器

的, 溶液通过喷嘴进入有利于形成细小的液滴。超临

界CO 2 对液滴中溶剂的萃取将导致其中溶质浓度

急剧增大, 当液滴中溶质浓度大于其饱和浓度时, 溶

质将从溶液中快速结晶出来形成颗粒。

实验前, 使用丙酮配制对苯二酚溶液并用定性

滤纸过滤以防阻塞液体泵。检查喷嘴是否正常并安

装收集产品所需的载玻片。装配结晶器并检查气密

性, 启动温度、压力和流速控制装置, 并使其控制在

实验所需的温度、压力和流速要求(实验中CO 2 为

6. 00L öm in～ 10. 00L öm in )。待抗溶剂CO 2 稳定

15m in～ 20m in 后, 开启液体计量系统, 将对苯二酚2

丙酮溶液经喷嘴喷入结晶器, 同时记录操作时间与

溶液流量。观察转子流量计, 使之保持在设定值, 并

通过湿式流量计进行记录校正。在实验操作过程中,

观察与记录系统温度、压力和流量的数值及变化情

况, 并进行调节与控制。

为了确保溶剂不会再次溶解溶质, 在喷射结束

后用CO 2“吹洗”颗粒40m in～ 60m in。此时, 保持

CO 2 的流量在6. 00L öm in～ 10. 00L öm in (室温、常

压)。

在T = 310°C 和p = 8. 0M Pa 的操作条件下, 使

用生物显微镜照片观察了溶液浓度与流速对产品颗

粒形貌和尺寸的影响。

2 实验结果与分析

2. 1 装置可靠性验证

文献[ 5 ]以丙酮为溶剂, 利用连续GA S 过程

(T = 310°C, p = 8. 0M Pa, w = 0. 12 和V = 5mLö

m in) 制备了对苯二酚颗粒。在该条件下, 颗粒呈棒

状与棱柱形。本文以对苯二酚2丙酮2二氧化碳为研

究物系, 实验温度和压力分别控制在310°C 和8. 0

M Pa, 喷嘴孔径为D = 50Lm, 溶液浓度分别为C =

110göL 和5göL , 溶液流速分别为2. 00mL öm in 和

12. 00mL öm in, 抗溶剂流量为V CO 2= 6mL öm in。结

合图2 发现实验在不同溶液流量条件下制备的对苯

二酚颗粒的形貌只有两种: 棒状(小流量: 2. 00mLö

m in ) 和棱柱形(大流量: 12. 00mL öm in)。得到了与

文献[5 ]类似的实验结果, 说明自行搭建的装置具有

一定的可靠性。

2. 2 溶液流速对颗粒形貌与尺寸的影响

图2 (a) 和图2 (b) (C = 110göL ) 是在不同溶液

流量条件下实验得到的颗粒生物显微镜照片。图2

( a) 得到了平均粒径为40Lm～ 50Lm 的棱柱形结

晶图2 (b) 中的晶体颗粒呈棒状, 长度约100Lm。由

此可见, 增大溶液流量可以减小颗粒粒径在较大的

流量下生成颗粒的形貌是棱柱形, 而在较小的流量

时则是棒状颗粒。产生该现象的原因可以解释如下:

较大的流量在喷嘴出口处流速较大, 从而使其受到

的剪切力较大, 由此形成尺寸较小的液滴, 颗粒粒径

也较小反之, 流量较小导致在喷嘴出口处的流速较

小, 从而使其受到的剪切力较小, 形成的液滴尺寸较

大, 生成的颗粒粒径也较大。颗粒形貌由结晶动力学

和结晶时间所决定。对于该物系, 较小流速下, 易于

形成棒状颗粒而在大流速下则呈棱柱形。

图2 (c) 和图2 (d) (C = 5göL ) 是另一组流量条

件下得到的颗粒照片。图2 (c) 得到了5Lm～ 10Lm

的棱柱形结晶颗粒而图2 (d) 中的样品颗粒呈棒

状, 长度约为8Lm～ 12Lm。可见, 图2 (a) 与图2 (b)

和图2 (c) 与图2 (d) 具有相同的规律。

图2 苯二酚颗粒光学显微镜照片

F ig. 2 Pho tograph s fo r hydroquinone part icles

( a ) —V = 12. 00mL öm in, C = 110göL ( b ) —V = 2. 00mLöm in,

C= 110göL ( c ) —V = 12. 00mLöm in, C = 5göL ( d ) —V =

2. 00mL öm in, C= 5göL

2. 3 溶液浓度对颗粒形貌与尺寸的影响

比较图2 (a) 和图2 (c) , 得到不同浓度条件下颗

粒形貌和尺寸的变化规律。溶液浓度增大, 颗粒粒径

增大但溶液浓度对颗粒形貌几乎不产生影响。此规

律亦可由图2 (b) 和图2 (d) 比较中得出。由于溶液浓

度的减小使晶体颗粒尺寸明显减小, 结晶过程中分

子碰撞的机率下降, 可用于晶体成核与生长的物质

减少, 从而造成颗粒直径的大幅度下降。这一结论与

Th iering 等[ 6 ]对甲醇2p 2HBA 2CO 2 体系的实验结果

一致。

3 结论

本研究进行了对苯二酚物系的GA S 过程超细

颗粒制备实验, 将实验结果与文献结果相比较, 验证

了实验装置的可靠性考察了实验过程中不同溶液

浓度和气体流量对产品颗粒的粒径和形貌的影响。

结果表明, 在该研究的范围内, 溶液流量增大颗粒粒

径减小, 而溶液浓度增大颗粒粒径增加流量较大时

( 12. 00mL öm in) , 产品颗粒为棱柱形晶体, 流量较

小时(2. 00mL öm in) , 产品颗粒为棒状晶体。

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