3.3　工作過程指導(dǎo)

3.3.1　制訂小試合成方案要領(lǐng)

小李等一行來到了主要的實習(xí)崗位——車間小試實驗室。完成崗位安全教育后，花工跟小李他們一起討論氯甲基丁烯的合成方案。

花工拿出了一份當(dāng)初小試組試制氯代異戊烯的文獻(xiàn)方案。

在50mL三口反應(yīng)瓶中放入磁子，插上溫度計和冷凝管，反應(yīng)瓶置于磁力攪拌的水浴裝置中，稱取適量氯化亞銅和助劑，轉(zhuǎn)入反應(yīng)瓶，用注射器轉(zhuǎn)移5mL異戊二烯轉(zhuǎn)入反應(yīng)瓶，密封。反應(yīng)液溫度為10℃時開始通干燥的HCl，用氣相色譜跟蹤反應(yīng)，控制異戊二烯在反應(yīng)液中含量以確定反應(yīng)終點，達(dá)到反應(yīng)終點后停止通HCl并用惰性氣體置換，撤去水浴，加入少量蒸餾水進(jìn)行異構(gòu)化反應(yīng)，在室溫下繼續(xù)攪拌一段時間，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾去除氯化亞銅催化劑即得到成品。

花工：“請大家討論一下，以此文獻(xiàn)方案為參考，如何制訂小試合成方案？”

小李：“文獻(xiàn)方案相對詳盡，但有些細(xì)節(jié)尚不清楚。其一，氯化反應(yīng)時反應(yīng)釜內(nèi)壓力是否常壓？其二，過程中反應(yīng)溫度控制不詳。”

小趙：“助劑沒有說明。”

小周：“資料上說氣液反應(yīng)一般可以將氣體物料加壓以提高濃度，這里可以加壓嗎？”

花工：“大家看得很仔細(xì)。氯化反應(yīng)時反應(yīng)釜壓力為常壓即可，不可以加壓，這是因為加壓時氯化氫的濃度將顯著提高，會造成二氯產(chǎn)物顯著提高。這里提幾點建議，以便對大家制訂小試方案時參考。”

3.3.2　單元反應(yīng)體系構(gòu)建和后處理純化建議

3.3.2.1　氯化反應(yīng)體系的構(gòu)建和監(jiān)控

（1）反應(yīng)體系構(gòu)建要點

①生產(chǎn)中一般不用助劑，催化劑直接加入到異戊二烯中，直接將氯化氫氣體通入異戊二烯中即可，為讓氯化氫與反應(yīng)液更好接觸，通氣時可用分布管進(jìn)行分散。

②如果反應(yīng)物料較多，通氣引起的分散效果不佳時還需用攪拌器攪拌提升氯化氫分散效果。

③雖異戊二烯能溶解氯化氫，但氣體易逸出，故反應(yīng)裝置還需要配置尾氣吸收裝置。

（2）反應(yīng)控制策略　為防止二氯化產(chǎn)物形成，故反應(yīng)時應(yīng)控制好氯化氫的通氣速度，為防止異戊二烯聚合，反應(yīng)要控制在較低的溫度。

（3）反應(yīng)終點的控制　反應(yīng)過程中應(yīng)用氣相色譜跟蹤反應(yīng)，及時測定異戊二烯的殘留量，控制在殘留3%左右即到反應(yīng)終點。

3.3.2.2　氯化反應(yīng)后處理分離方法

反應(yīng)達(dá)終點后，立即通入N2將殘余氯化氫帶出，然后過濾出催化劑，常壓蒸出未反應(yīng)的異戊二烯及副反應(yīng)生成的低沸物，然后減壓蒸餾收集79℃/40kPa餾分即為產(chǎn)品。減壓蒸餾裝置及操作參見附錄。

3.3.2.3　產(chǎn)物的純化

經(jīng)減壓蒸餾后產(chǎn)品已經(jīng)足夠純。

3.3.3　繪制試驗流程圖

小試試驗流程如圖3-1。

3.3.4　小試試驗裝置

小試試驗需要在壓力下進(jìn)行，則必須配套專門的耐壓裝置。本項目需要用低壓反應(yīng)釜，反應(yīng)裝置可參考如圖3-2。

通過氯化氫鋼瓶產(chǎn)生氯化氫氣體，經(jīng)過流量計嚴(yán)格控制流量后經(jīng)干燥器輸入反應(yīng)器。反應(yīng)器配有進(jìn)料管、出料管、排氣管、夾套、溫度計插管及攪拌器等。反應(yīng)尾氣由排氣管引出，通過冷卻塔、氣液分離器、吸收塔吸收后達(dá)標(biāo)排放。反應(yīng)器夾套中通入熱媒進(jìn)行加溫操作，通入冷媒進(jìn)行冷卻操作。反應(yīng)完畢后，料液由出料管排出。

3.3.5　小試合成工藝的評估

參考情境1評估的方法。

3.3.6　產(chǎn)物的檢測和鑒定

1-氯-3-甲基-2-丁烯的檢測可依據(jù)QB/YN CMB254—2008進(jìn)行。

物性檢測數(shù)據(jù)：常溫折射率（n25）1.4470，沸點110℃。

企業(yè)可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)品的氣相色譜進(jìn)行定量檢測。1-氯-3-甲基-2-丁烯紅外標(biāo)準(zhǔn)譜如圖3-3（來源：中科院上海有機(jī)化學(xué)研究所）。

更精確的鑒定還需進(jìn)行質(zhì)譜、核磁共振圖譜（氫譜和碳譜）的鑒定，特別是在新物質(zhì)的制備與解析過程中，有興趣的同學(xué)可以參考相關(guān)的專業(yè)資料。

3.3.7　技能考核要點

參照情境1的考核方式，按下列方案技能考核：

在裝有測溫、攪拌的1L四口瓶中，加入含量為36%～38%的濃鹽酸150mL（1.8mol），加入CuCl催化劑9g，并進(jìn)行激烈攪拌使其溶解，將母液冷卻到3℃以下，滴加入異戊二烯130g（1.9mol），GC跟蹤分析，維持20℃，再繼續(xù)攪拌0.5h，當(dāng)異戊二烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到4.2%左右，用5%Na2CO3中和至中性，分出有機(jī)層，飽和氯化鈉溶液洗滌1～2次，干燥，減壓蒸餾，收集79℃/40 kPa產(chǎn)物。

技能考核要點可參考情境1或情境2技能考核表自行設(shè)計。