一种提高碳酰肼收率的工艺方法与流程

1.本技术涉及化学提纯技术领域，具体涉及一种提高碳酰肼收率的工艺方法。


背景技术：

2.碳酰肼(英文carbohydrazide)又称卡巴肼，常温下为白色细短柱状晶体或白色结晶粉末，极易溶于水，难溶于乙醇，不溶于醇、醚、氯仿和苯。碳酰肼是肼的一种衍生物，具有强烈的还原性，可用作制造含能材料的中间体，也可直接用于火箭炸药和推进剂的组分。用作锅炉水的除氧剂，是当今世界上用作锅炉水除氧的最先进材料，毒性小、熔点高、脱氧效率远远大于使用的材料，是安全环保理想的产品。另外，碳酰肼还可以用作化纤行业作弹性纤维的交联剂，作为化工原料和化工中间体，广泛用于医药、除草剂、植物生长调节剂、染料等行业。
3.碳酰肼比较常见的合成方法为碳酸酯肼解法，方法之一是先用碳酸二甲酯和水合肼反应生成肼基甲酸甲酯，再用肼基甲酸甲酯和水合肼反应生成碳酰肼。反应方程式如下：
[0004][0005]
采用该合成方法通常采用的精制提纯方式为先把反应液降温结晶，再过滤，最后干燥，从而得到产品。具体工艺过程如下：
[0006]
第1步：将一定配比的碳酸二甲酯和水合肼加入三口烧瓶中，搅拌、升温至一定温度反应，反应结束后将反应液冷却至0℃结晶，抽滤、甲醇淋洗、干燥，最终得到白色结晶粉末即肼基甲酸甲酯，收率为97％左右；
[0007]
第2步：将一定配比的水合肼和肼基甲酸甲酯加入到三口烧瓶中，搅拌、升温至一定温度反应，反应结束后将反应液冷却至0℃结晶，抽滤，甲醇淋洗、干燥，得到白色晶体即碳酰肼，收率为80％左右。
[0008]
该提纯工艺不仅工序复杂，步骤多，而且所得的碳酰肼收率较低，仅为80％左右。


技术实现要素：

[0009]
为此，本技术提供一种提高碳酰肼收率的工艺方法，以解决碳酰肼的合成方法存在工序复杂、产品收率低等问题。
[0010]
为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
[0011]
根据本技术的第一方面，一种提高碳酰肼收率的工艺方法，所述工艺方法包括如下步骤：
[0012]
步骤一：以碳酸二甲酯和水合肼为原料进行合成反应得到第一反应液；
[0013]
步骤二：将所述第一反应液装入旋转蒸发仪中进行减压旋蒸将所述第一反应液中的低沸点物质完全蒸出，得到肼基甲酸甲酯固体干品；
[0014]
步骤三：以水合肼和步骤二得到的所述肼基甲酸甲酯固体干品为原料进行合成反应得到第二反应液；
[0015]
步骤四：将所述第二反应液装入旋转蒸发仪中进行减压旋蒸将所述第二反应液中的低沸点物质完全蒸出，得到碳酰肼固体干品。
[0016]
本技术一种提高碳酰肼收率的工艺方法先用碳酸二甲酯和水合肼反应生成肼基甲酸甲酯，再用肼基甲酸甲酯和水合肼反应生成碳酰肼，将反应过程中得到的反应液直接进行减压旋蒸，随着低沸点物质的逐渐蒸出，产品结晶析出，并得以烘干，直接得到固体干品。该工艺方法不仅工序简单、效率高，还能在保证产品纯度的情况下大幅度的提高产品的收率。
[0017]
进一步地，所述步骤一中，所述碳酸二甲酯和所述水合肼的摩尔比为1:0.9-1.1，合成反应的温度为40℃～70℃，时间为0.5h。
[0018]
本技术通过对步骤一中反应原料比、反应温度和反应时间的控制，使得中间产物肼基甲酸甲酯的合成反应更加充分，减少副产品的产生，提高反应收率。
[0019]
进一步地，所述步骤二中，减压旋蒸的时间为2-5h。
[0020]
本技术通过对步骤二中减压旋蒸时间的控制，可以提高肼基甲酸甲酯固体干品的收率。
[0021]
进一步地，所述步骤二中，减压旋蒸过程中，温度从45℃-55℃逐渐升至60℃-70℃。
[0022]
本技术通过对步骤二中减压旋蒸温度的控制，使温度逐渐升高，能将反应液中比肼基甲酸甲酯沸点低的几种物质依次蒸出，而不至于将肼基甲酸甲酯蒸出来，使得肼基甲酸甲酯几乎零损失，从而可以提高肼基甲酸甲酯固体干品的收率。
[0023]
进一步地，所述步骤二中，减压旋蒸过程中，真空度从-0.070
‑‑
0.080mpa逐渐降至-0.09
‑‑
0.099mpa。
[0024]
本技术通过对步骤二中减压旋蒸真空度的控制，使真空度逐渐降低，能降低反应液中低沸点物质的沸点，使得低沸点物质在较低温度下能够达到沸点而被蒸出，而不至于将肼基甲酸甲酯蒸出来，使得肼基甲酸甲酯几乎零损失，从而可以提高肼基甲酸甲酯固体干品的收率。
[0025]
进一步地，所述步骤三中，所述水合肼和所述肼基甲酸甲酯固体干品的摩尔比为1.5-3:1，合成反应的温度为75℃～85℃，时间为2h。
[0026]
本技术通过对步骤三中反应原料比、反应温度和反应时间的控制，使得最终产物碳酰肼的合成反应更加充分，减少副产品的产生，提高反应收率。
[0027]
进一步地，所述步骤四中，减压旋蒸时间为3-6h。
[0028]
进一步地，所述步骤四中，减压旋蒸过程中，温度从55℃-65℃逐渐升至85℃-95℃。
[0029]
本技术通过对步骤四中减压旋蒸温度的控制，使温度逐渐升高，能将反应液中比碳酰肼沸点低的几种物质依次蒸出，而不至于将碳酰肼蒸出来，使得碳酰肼几乎零损失，从
而可以提高碳酰肼固体干品的收率。
[0030]
进一步地，所述步骤四中，减压旋蒸过程中，真空度从-0.075
‑‑
0.085mpa逐渐降至-0.09
‑‑
0.099mpa。
[0031]
本技术通过对步骤四中减压旋蒸真空度的控制，使真空度逐渐降低，能降低反应液中低沸点物质的沸点，使得低沸点物质在较低温度下能够达到沸点而被蒸出，而不至于将碳酰肼蒸出来，使得碳酰肼几乎零损失，从而可以提高碳酰肼固体干品的收率。
[0032]
本技术具有如下优点：
[0033]
本技术一种提高碳酰肼收率的工艺方法先用碳酸二甲酯和水合肼反应生成肼基甲酸甲酯，再用肼基甲酸甲酯和水合肼反应生成碳酰肼，将反应过程中得到的反应液直接进行减压旋蒸，随着低沸点物质的逐渐蒸出，产品结晶析出，并得以烘干，直接得到固体干品。该工艺方法不仅工序简单、效率高，还能在保证产品纯度(肼基甲酸甲酯纯度≥99％，碳酰肼纯度≥98％)的情况下大幅度的提高产品的收率(肼基甲酸甲酯收率≥99％，碳酰肼收率≥98％)。
具体实施方式
[0034]
以下由特定的具体实施例说明本技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
[0035]
实施例1
[0036]
步骤一：将99.9％的碳酸二甲酯与80％的水合肼按摩尔比1：0.9的配比在50℃的温度下进行合成反应0.5h得到第一反应液。
[0037]
步骤二：将得到的第一反应液加入单口烧瓶并装入旋转蒸发仪进行减压旋蒸，旋蒸时温度从50℃开始，真空度从-0.075mpa开始，然后缓慢地提高温度和降低真空度，最终温度升至65℃，真空度降至-0.095mpa，整个过程控制时间为4h。将第一反应液中的低沸点物质完全蒸出后，得到肼基甲酸甲酯固体干品。经气相色谱法测定肼基甲酸甲酯固体干品的纯度为99.5％，收率为99.6％。
[0038]
步骤三：将步骤二得到的肼基甲酸甲酯固体干品与80％的水合肼按摩尔比1：2.5的配比在85℃的温度下进行合成反应2h得到第二反应液；
[0039]
步骤四：将得到的第二反应液加入单口烧瓶并装入旋转蒸发仪进行减压旋蒸，旋蒸时温度从60℃开始，真空度从-0.08mpa开始，然后缓慢的提高温度和降低真空度，最终温度升至90℃，真空度降至-0.095mpa，整个过程控制时间为5h。将第二反应液中的低沸点物质完全蒸出后，得到碳酰肼固体干品。经滴定法测定碳酰肼固体干品的纯度为98.8％，收率为98.7％。
[0040]
实施例2
[0041]
步骤一：将99.9％的碳酸二甲酯与80％的水合肼按摩尔比1：0.9的配比在50℃的温度下进行合成反应0.5h得到第一反应液；
[0042]
步骤二：将得到的第一反应液加入单口烧瓶并装入旋转蒸发仪进行减压旋蒸，旋蒸时温度从45℃开始，真空度从-0.07mpa开始，然后缓慢地提高温度和降低真空度，最终温
度升至60℃，真空度降至-0.09mpa，整个过程控制时间为5h。将第一反应液中的低沸点物质完全蒸出后，得到肼基甲酸甲酯固体干品。经气相色谱法测定肼基甲酸甲酯固体干品的纯度为99.3％，收率为99.2％。
[0043]
步骤三：将步骤二得到的肼基甲酸甲酯固体干品与80％的水合肼按摩尔比1：2.5的配比在85℃的温度下进行合成反应2h得到第二反应液。
[0044]
步骤四：将得到的第二反应液加入单口烧瓶并装入旋转蒸发仪进行减压旋蒸，旋蒸时温度从55℃开始，真空度从-0.075mpa开始，然后缓慢地提高温度和真空度，最终温度升至85℃，最终真空度降至-0.09mpa，整个过程控制时间为6h。将反应液中的低沸点物质完全蒸出后，得到碳酰肼固体干品，滴定法测定纯度为98.6％，收率为98.8％。
[0045]
实施例3
[0046]
步骤一：将99.9％的碳酸二甲酯与80％的水合肼按摩尔比1：0.9的配比在50℃的温度下进行合成反应0.5h得到第一反应液。
[0047]
步骤二：将得到的第一反应液加入单口烧瓶并装入旋转蒸发仪进行减压旋蒸，旋蒸时温度从55℃开始，真空度从-0.08mpa开始，然后缓慢地提高温度和降低真空度，最终温度升至70℃，真空度降至-0.099mpa，整个过程控制时间为2h。将第一反应液中的低沸点物质完全蒸出后，得到肼基甲酸甲酯固体干品，经气相色谱法测定肼基甲酸甲酯固体干品的纯度为99.6％，收率为99.8％。
[0048]
步骤三：将步骤二得到的肼基甲酸甲酯固体干品与80％的水合肼按摩尔比1：2.5的配比在85℃的温度下进行合成反应2h得到第二反应液。
[0049]
步骤四：将得到的第二反应液加入单口烧瓶并装入旋转蒸发仪进行减压旋蒸，旋蒸时温度从65℃开始，真空度从-0.085mpa开始，然后缓慢地提高温度和降低真空度，最终温度升至95℃，真空度降至-0.099mpa，整个过程控制时间为3h。将第二反应液中的低沸点物质完全蒸出后，得到碳酰肼固体干品，经滴定法测定碳酰肼固体干品的纯度为98.7％，收率为98.5％。
[0050]
对比例1
[0051]
步骤一：将99.9％的碳酸二甲酯与80％的水合肼按摩尔比1：0.9的配比在50℃的温度下进行合成反应0.5h得到第一反应液。
[0052]
步骤二：将得到的第一反应液加入单口烧瓶并装入旋转蒸发仪进行减压旋蒸，旋蒸时温度从45℃开始，真空度从-0.075mpa开始，然后缓慢地提高温度和降低真空度，最终温度升至55℃，真空度降至-0.095mpa，整个过程控制时间为5h。将第一反应液中的低沸点物质完全蒸出后，得到肼基甲酸甲酯固体干品。经气相色谱法测定肼基甲酸甲酯固体干品的纯度为97.3％，收率为97.2％。
[0053]
步骤三：将步骤二得到的肼基甲酸甲酯固体干品与80％的水合肼按摩尔比1：2.5的配比在85℃的温度下进行合成反应2h得到第二反应液；
[0054]
步骤四：将得到的第二反应液加入单口烧瓶并装入旋转蒸发仪进行减压旋蒸，旋蒸时温度从60℃开始，真空度从-0.08mpa开始，然后缓慢的提高温度和降低真空度，最终温度升至80℃，真空度降至-0.095mpa，整个过程控制时间为6h。将第二反应液中的低沸点物质完全蒸出后，得到碳酰肼固体干品。经滴定法测定碳酰肼固体干品的纯度为96.4％，收率为95.1％。
[0055]
对比例2
[0056]
步骤一：将99.9％的碳酸二甲酯与80％的水合肼按摩尔比1：0.9的配比在50℃的温度下进行合成反应0.5h得到第一反应液。
[0057]
步骤二：将得到的第一反应液加入单口烧瓶并装入旋转蒸发仪进行减压旋蒸，旋蒸时温度从50℃开始，真空度从-0.075mpa开始，然后缓慢地提高温度和降低真空度，最终温度升至65℃，真空度降至-0.085mpa，整个过程控制时间为5h。将第一反应液中的低沸点物质完全蒸出后，得到肼基甲酸甲酯固体干品。经气相色谱法测定肼基甲酸甲酯固体干品的纯度为96.9％，收率为97.5％。
[0058]
步骤三：将步骤二得到的肼基甲酸甲酯固体干品与80％的水合肼按摩尔比1：2.5的配比在85℃的温度下进行合成反应2h得到第二反应液；
[0059]
步骤四：将得到的第二反应液加入单口烧瓶并装入旋转蒸发仪进行减压旋蒸，旋蒸时温度从60℃开始，真空度从-0.08mpa开始，然后缓慢的提高温度和降低真空度，最终温度升至90℃，真空度降至-0.085mpa，整个过程控制时间为6h。将第二反应液中的低沸点物质完全蒸出后，得到碳酰肼固体干品。经滴定法测定碳酰肼固体干品的纯度为96.2％，收率为94.8％。
[0060]
对比例3
[0061]
步骤一：将99.9％的碳酸二甲酯与80％的水合肼按摩尔比1：0.9的配比在50℃的温度下进行合成反应0.5h得到第一反应液。
[0062]
步骤二：将得到的第一反应液加入单口烧瓶并装入旋转蒸发仪进行减压旋蒸，旋蒸时温度从50℃开始，真空度从-0.075mpa开始，然后缓慢地提高温度和降低真空度，最终温度升至65℃，真空度降至-0.095mpa，整个过程控制时间为1h。将第一反应液中的低沸点物质完全蒸出后，得到肼基甲酸甲酯固体干品。经气相色谱法测定肼基甲酸甲酯固体干品的纯度为96.7％，收率为97.1％。
[0063]
步骤三：将步骤二得到的肼基甲酸甲酯固体干品与80％的水合肼按摩尔比1：2.5的配比在85℃的温度下进行合成反应2h得到第二反应液；
[0064]
步骤四：将得到的第二反应液加入单口烧瓶并装入旋转蒸发仪进行减压旋蒸，旋蒸时温度从60℃开始，真空度从-0.08mpa开始，然后缓慢的提高温度和降低真空度，最终温度升至90℃，真空度降至-0.095mpa，整个过程控制时间为2h。将第二反应液中的低沸点物质完全蒸出后，得到碳酰肼固体干品。经滴定法测定碳酰肼固体干品的纯度为96.3％，收率为94.6％。
[0065]
从上述实施例和对比例的实验结果可以看出，本技术一种提高碳酰肼收率的工艺方法通过对减压旋蒸过程中时间、温度和真空度的选择控制，能更有效地提高中间产物和最终产品的纯度和收率。本技术的工艺方法不仅工序简单、效率高，还能在保证产品纯度(肼基甲酸甲酯纯度≥99％，碳酰肼纯度≥98％)的情况下大幅度的提高产品的收率(肼基甲酸甲酯收率≥99％，碳酰肼收率≥98％)。
[0066]
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本技术作了详尽的描述，但在本技术基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本技术精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本技术要求保护的范围。