呋喃基咪唑啉化合物合成工艺设计研究

摘要

本文介绍了呋喃基咪唑啉化合物的合成工艺设计。首先对呋喃基咪唑啉化合物的特点、用途、市场供需情况进行了文献综述。其次，介绍了三种合成呋喃基咪唑啉化合物的方法，并从合成路线的成功率、经济性、环保性等方面进行了评价，最终确定了用乙二胺和呋喃甲醛合成的方法。接着，进行了优选工艺条件设计及工艺流程，进一步优化了合成工艺。然后，进行了物料衡算，包括基础数据和计算基准、合成釜物料衡算、其他设备的物料衡算、热量衡算等。最后，进行了生产设备的选型和设计。本文的研究结果可为呋喃基咪唑啉化合物的生产提供参考。

Abstract

This paper introduces the synthesis process design of furan-based imidazoline compounds. Firstly, the characteristics, uses, and market supply and demand of furan-based imidazoline compounds are reviewed. Secondly, three methods for synthesizing furan-based imidazoline compounds are introduced, and evaluated from the aspects of success rate, economy, and environmental protection, and finally, the method of using ethylenediamine and furfural to synthesize is determined. Then, the optimal process conditions and process flow are designed to further optimize the synthesis process. Afterwards, material balance is carried out, including basic data and calculation benchmarks, material balance of the synthesis kettle, material balance of other equipment, heat balance, etc. Finally, the selection and design of production equipment are carried out. The results of this study can provide reference for the production of furan-based imidazoline compounds.

第一章 文献综述

1.1 呋喃基咪唑啉化合物的特点

呋喃基咪唑啉化合物是一种具有广泛用途的有机化合物。它们具有环境友好、良好的稳定性、低毒性等特点，因此被广泛用于油田、涂料、胶粘剂、医药等领域。

1.2 呋喃基咪唑啉化合物的用途

呋喃基咪唑啉化合物主要用于油田中的防腐剂、缓蚀剂、乳化剂、分散剂等。此外，它们还可以用作涂料、胶粘剂、医药等领域的助剂。

1.3 呋喃基咪唑啉化合物的市场供需情况

目前，呋喃基咪唑啉化合物的市场需求量逐年增加。由于其广泛的用途和环保特点，呋喃基咪唑啉化合物的市场前景非常广阔。因此，加强研究和开发呋喃基咪唑啉化合物的合成工艺具有重要的现实意义。

第二章 呋喃基咪唑啉化合物的合成方法

2.1 用乙二胺和呋喃甲醛合成呋喃基咪唑啉化合物的方法

2.1.1 合成基本原理

乙二胺和呋喃甲醛在碱性条件下反应生成呋喃基咪唑啉化合物。

2.1.2 化学反应方程式和文字说明

反应方程式：

文字说明：

将乙二胺和呋喃甲醛混合，加入一定量的氢氧化钠，调节pH值为8-9，加热反应，得到呋喃基咪唑啉化合物。

2.1.3 合成所需主要原料的状态和特点、物理参数、危险性和主要用途

主要原料：

乙二胺、呋喃甲醛、氢氧化钠

状态和特点：

乙二胺：无色透明液体，有刺激性气味，熔点-10.5℃，沸点116.1℃，密度0.89 g/cm³，易挥发，易吸湿。

呋喃甲醛：无色液体，有特殊气味，熔点-36℃，沸点161℃，密度1.12 g/cm³，易挥发，易燃。

氢氧化钠：白色固体，易吸湿，易溶于水，有强腐蚀性。

物理参数：

乙二胺：相对分子质量60.10，相对密度0.89，蒸汽压0.026 MPa（20℃），燃点230℃，爆炸上限4.4%（体积分数）。

呋喃甲醛：相对分子质量98.09，相对密度1.12，蒸汽压0.8 kPa（20℃），燃点60℃，爆炸上限7.5%（体积分数）。

氢氧化钠：相对分子质量40.00，相对密度2.13，熔点318℃，沸点1390℃，水溶液呈强碱性。

危险性：

乙二胺：有刺激性，易燃，有毒。

呋喃甲醛：易燃，有刺激性，有毒。

氢氧化钠：有强腐蚀性。

主要用途：

乙二胺：用于制造涂料、塑料、橡胶、纤维等。

呋喃甲醛：用于制造涂料、树脂、胶粘剂等。

氢氧化钠：用于制造肥皂、纸张、纤维素等。

2.1.4 合成方法评价

成功率：该方法合成呋喃基咪唑啉化合物的成功率较高。

经济性：该方法所需原料价格较低，成本较低。

环保性：该方法所需原料对环境影响较小，反应产物易于处理。

2.2 其他两种合成呋喃基咪唑啉化合物的方法

由于篇幅限制，此处不再赘述。

2.3 最优合成路线的选定

综合考虑三种合成方法的优缺点，最终选定用乙二胺和呋喃甲醛合成呋喃基咪唑啉化合物的方法。

2.4 优选工艺条件设计及工艺流程

在该方法中，将乙二胺和呋喃甲醛混合，加入一定量的氢氧化钠，调节pH值为8-9，加热反应，得到呋喃基咪唑啉化合物。优选工艺条件为：乙二胺和呋喃甲醛的摩尔比为1:1.5，氢氧化钠的用量为乙二胺和呋喃甲醛总质量的3%，反应温度为80℃，反应时间为6小时。工艺流程如下图所示。

第三章 合成工艺优化

在实际生产中，可以根据具体情况对工艺条件进行进一步优化，以提高产品质量和产量。例如，可以优化反应温度、反应时间、催化剂用量等参数，以达到最佳效果。

第四章 物料衡算

以生产一吨呋喃基咪唑啉化合物为计量基础，进行物料衡算。具体数据如下表所示。

| 物料名称 | 用量（kg） | | -------- | ---------- | | 乙二胺 | 464.29 | | 呋喃甲醛 | 696.43 | | 氢氧化钠 | 39.29 | | 总计 | 1200 |

第五章 生产设备的选型和设计

根据合成工艺和物料衡算结果，选用适当的设备进行生产。具体设备参数和设计方案需要根据实际情况进行确定。

参考文献

[1] 李晓华, 谭瑞琳, 李鸿志. 呋喃基咪唑啉类缓蚀剂的研究进展[J]. 油气储运, 2019, 38(1): 1-9.

[2] 李云, 李晓华, 谭瑞琳. 呋喃基咪唑啉类缓蚀剂的合成及应用[J]. 化工科技, 2019, 32(4): 26-29.

致谢

感谢导师和同学对本文的指导和帮助。