本发明涉及对苯二胺的生产工艺技术领域，具体涉及一种对苯二胺的制备方法。
背景技术：
对苯二胺是一种重要的有机中间体，广泛用于染料、橡胶、国防等行业中。在染料行业可制作偶氮染料、毛皮染色剂；在橡胶行业可制作橡胶防老剂等。传统的对苯二胺的生产工艺是对硝基苯胺经硫化碱或铁粉还原生成对苯二胺的粗品，最后经重结晶提纯制得高纯度对苯二胺。该工艺最大的缺陷是工业废水多，铁粉还原还会产生大量铁泥，严重污染环境，而且此工艺生产的对苯二胺纯度较低，一般在95％左右，针对现在的环保需求，这种传统的生产工艺已无法适应。
技术实现要素：
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种对苯二胺的制备方法，利用氢气还原方式，合理控制生产过程中的温度压力等参数，通过环保的生产的方式提高对硝基苯胺的转化率以获得高纯度的对苯二胺。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种对苯二胺的制备方法，所述对苯二胺采用氢气在催化剂条件下对硝基苯胺进行还原反应，所述制备方法通过对还原反应中的温度、压力和反应时间进行控制，实现对苯二胺转化率的控制；具体包括以下步骤：
(1)预制备过程：
s1：按重量计算取一定量的对硝基苯胺、氢气、水以及催化剂，其中水作为溶剂，对硝基苯胺事先通过研磨机进行研磨；
s2：在反应釜内投入对硝基苯胺、水以及催化剂，通入氮气将反应釜内的空气置换，使用氮气的置换次数不少于2次，并在氮气置换的过程中启动反应釜内的搅拌器，搅拌速度不低于500rpm；
s3：待氮气置换完成后，通入氢气将氮气置换掉，将反应釜的温度提升至设定值60℃，将反应釜的压力提升至2mpa，同时将反应釜的转速上升至1000rpm以上，进行反应，其中反应时间2小时；
s4：待步骤s3反应完成后，对反应釜进行泄压并将温度降低至室温，将冷却后的反应液通入真空蒸馏炉内进行干燥，干燥完成后继续加热使对苯二胺进行升华，即可制备对苯二胺；
(2)根据步骤(1)的反应条件，对温度、压力和反应时间进行调整，获得对苯二胺的转化率δ：
式中，λ为修正系数，取值0.165；
h为步骤s3中的反应时间，单位为小时；
t为步骤s3中温度的设定值，单位为摄氏度；
δt为步骤s3中反应的实际温度与设定温度的差值，单位为摄氏度；
p为步骤s3中压力的设定值，单位为兆帕；
δp为步骤s3中反应的实际压力与设定值的差值，单位为兆帕。
优选地，在步骤s3中，通入氢气对氮气进行置换时，需要保证氢气通入时的压力不超过2mpa。
优选地，所述催化剂为kt-02新型加氢镍催化剂。。
优选地，所述水为去离子水。
本发明的有益效果在于：本发明利用加氢还原的生产方式，以水作为溶剂，实现了环保生产，污染少，同时利用水的易取性，降低了原料的生产成本；本发明生产工艺简单安全，通过合理控制反应的温度和压力，控制对硝基苯胺的转化率以及对苯二胺的纯度，能够有效平衡反应的温度和压力，降低加氢还原生产方式所需的高技术要求和高危险系数。
具体实施方式
以下实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种对苯二胺的制备方法，具体包括以下步骤：
s1：按重量计算取一定量的对硝基苯胺、氢气、去离子水以及新型加氢镍催化剂，其中水作为溶剂，氢气参加反应并过量，对硝基苯胺事先通过研磨机进行研磨，其中对硝基苯胺与水的质量比为1：3，新型加氢镍催化剂占对硝基苯胺的质量为2.6％，对硝基苯胺与氢气的质量比不大于1/3，在本实施例中对硝基苯胺取1.38kg，其中在本申请中对硝基苯胺相对分子质量取138，对苯二胺相分子质量取值108；
s2：在反应釜内投入对硝基苯胺、水以及新型加氢镍催化剂，通入氮气将反应釜内的空气置换，在通入时，氮气的压力需合理控制，不宜过大，可控制在1mpa左右，使用氮气的置换次数不少于2次，并在氮气置换的过程中启动反应釜内的搅拌器，搅拌速度为500rpm；
s3：待氮气置换完成后，通入氢气将氮气置换掉，将反应釜的温度和压力分别提升至设定值60℃和设定值2mpa，同时将反应釜的转速上升至1000rpm，进行反应，并动态控制反应釜内的温度保持在60℃，压力保持在2mpa，其中反应时间为2小时，同时在进行氢气置换时，氢气通入时的压力不超过2mpa；
s4：待步骤s3反应完成后，对反应釜进行泄压并将温度降低至室温，将冷却后的反应液通入真空蒸馏炉内进行干燥，干燥完成后继续加热使对苯二胺进行升华，即可制备对苯二胺；
进一步的，根据公式
式中，δ为制得的对硝基苯胺的转化率，其中δ大于等于1则代表对硝基苯胺的转化率达到100％，δ小于1则代表对硝基苯胺的转化率低于100％；
λ为修正系数，取值0.165；
h为步骤s3中的反应时间，单位为小时；
t为步骤s3中温度的设定值，单位为摄氏度；
δt为步骤s3中反应的实际温度与设定温度的差值，单位为摄氏度，在本实施例中δt取值零；
p为步骤s3中压力的设定值，单位为兆帕；
δp为步骤s3中反应的实际压力与设定值的差值，单位为兆帕，在本实施例中δp取值零。
将步骤s3中的设定的温度和压力带入公式(a)中，δt和δp取值零，即反应温度和压力采用设定值进行反应，带入后可获得对硝基苯胺的转化率为99％，对苯二胺的收获量为1.067kg，则收率为1.067/1.08＝98.79％(在理想状态下1.38kg的对硝基苯胺完全转化会得到1.08kg的对苯二胺)，将获得的对苯二胺通过气相色谱仪分析，对苯二胺纯度为99.918％。
用气相色谱仪分析产物组成，采用面积归一法根据实际的实验计算对硝基苯胺实际转化率为99.12％，其与公式计算结果相差不多，可以近似认为公式与实际相符。
实施例2：
在实施例1的基础上，其他参数不变，改变步骤s3的反应时间，即h的值，其中h取值3小时，带入公式(a)中，可得δ大于1，则证明对硝基苯胺的转化率达到100％，对苯二胺的收获量为1.069kg，则收率为1.069/1.08＝98.98％，通过气相色谱仪分析，对苯二胺纯度超过99.914％；可以看出相比于实施例1，实施例2对苯二胺的收率和纯度均略有提升；用气相色谱仪分析实际的实验计算对硝基苯胺实际转化率为100％，其与公式计算结果相同。
若反应时间低于2小时，带入公式(a)中，可得δ为49.5％，例如反应时间为1小时，对苯二胺的收获量为0.956kg，则收率为0.956/1.08＝88.52％，通过气相色谱仪分析，对苯二胺的纯度为62.516％；可以看出此时的对硝基苯胺反应不完全，进而其转化率产生降低，同时获得的对苯二胺的纯度也相应降低；用气相色谱仪分析实际的实验计算对硝基苯胺实际转化率为49.68％，与公式计算结果相近，可以近似认为公式与实际相符。
因此在实施例1的基础上，增加反应时间也可提高对硝基苯胺的转换率，因此在实际生产的过程中可合理控制反应时间，在保证对硝基苯胺的转化率的前提下可缩短反应时间，有利于降低生产成本，提高生产效率。
实施例3：
在实施例1的基础上，其他参数不变，对δt进行改变，其中δt取值10℃，即将步骤s3中的60℃反应温度增加至70℃，使得反应在70℃的条件下进行反应，带入公式(a)中，可得δ大于1，则证明对硝基苯胺的转化率达到100％，对苯二胺的收获量为1.071kg，则收率为1.071/1.08＝99.16％，通过气相色谱分析，对苯二胺纯度为99.916％；通过气相色谱仪分析实际的实验计算对硝基苯胺实际转化率为100％，其与公式计算结果相同。
若反应温度低于60℃，带入公式(a)中，可得δ小于1，则证明对硝基苯胺的转化率下降，例如反应温度为40℃，通过公式计算转化率为66％，对苯二胺的收获量为0.917kg，则收率为0.917/1.08＝84.91％，通过气相色谱仪分析，获得的对苯二胺纯度也产生了相应的降低，其为85.826％；通过气相色谱仪分析实际的实验计算对硝基苯胺实际转化率为65.83％，与公式计算相差不多，可以近似认为公式与实际相符。
因此在实施例1的基础上，增加反应温度可提高对硝基苯胺的转换率；此外根据对硝基苯胺的性质，其是微溶于冷水，其溶解度收到温度的影响，在水温增加时，其溶解度也进行相应的增加，因此在实际生产过程中可对温度进行合理控制，根据实际的生产情况获得一个较为合理的温度，实现对硝基苯胺的转换率、对硝基苯胺的溶解度以及反应温度之间的平衡。
实施例4：
在实施例1的基础上，其他参数不变，对δp进行改变，其中δp取值1mpa，即将步骤s3中的2mpa反应压力增加至3mpa，使得反应在3mpa的条件下进行反应，带入公式(a)中可获得对硝基苯胺的转化率为98.87％，对苯二胺的收获量为1.063kg，则收率为1.063/1.08＝98.42％，通过气相色谱仪分析对苯二胺的纯度为99.89％；通过气相色谱仪分析实际的实验计算对硝基苯胺实际转化率为98.24％，其与公式计算结果相差不多，可以近似认为公式与实际相符。
若δp取值-0.5mpa，即在1.5mpa条件下进行反应，带入公式(1)，可得δ大于1，则证明对硝基苯胺的转化率达到100％，通过气相色谱仪分析实际的实验计算对硝基苯胺实际转化率为100％，其与公式计算结果相同；对苯二胺的收获量为1.068kg，则收率为1.068/1.08＝98.89％，将获得的对苯二胺通过气相色谱仪分析，对苯二胺纯度为99.94％。
因此可以看出温度和压力均对对硝基苯胺的转化率具有影响，因此在实际生产时可综合考量温度和压力，并可优先考虑温度的设置，即在温度设定后的基础上在对反应压力进行修订，以获得温度和压力上的平衡，避免高压力带来的安全隐患。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。