高纯度对甲苯磺酸合成工艺的研究
２００７年１１月第１１期（总第１０８期）
广西轻工业
ＧＵＡＮＧＸＩＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＩＧＨＴＩＮＤＵＳＴＲＹ
化工与材料
高纯度对甲苯磺酸合成工艺的研究
马志军
（南通职业大学化学工程系，江苏南通２２６００７）
【摘
要】文章研究了以浓硫酸作磺化剂磺化甲苯，制备高纯度对甲苯磺酸的新工艺。通过正交试验，确定了合成工艺的
最佳条件。该工艺可使产品的纯度达到９８％以上。
【关键词】甲苯；磺化；对甲苯磺酸；合成；高纯度【中图分类号】Ｏ６２３
【文献标识码】Ａ
【文章编号】１００３－２６７３（２００７）１１－００２２－０１
前言
对甲苯磺酸是一种典型的精细化工产品，用途极为广泛，首要的作用是作为催化剂广泛地用于各种化学反应中，作为一个超强酸与浓硫酸一样有效，但效果更好，因为它不发生氧化和结炭等副反应，得到的产品纯度高、颜色浅，如酯化、缩醛、脱水、烷基化、聚合和解聚等；其次是在有机合成中用于生产甲苯环氧树磺酰胺、对甲酚等；另外对甲苯磺酸还可用作酚醛树脂、脂、涂料、染料等方面的添加剂。
（Ｊａｗｏｒｓｋｙ）于１８６５年用硫酸磺化对甲苯磺酸是贾沃斯基
甲苯首先制得的，但进一步研究发现，磺化产物实际上是一种混合物，其中还有邻位和间位异构体，在反应过程中磺化剂的选择和磺化参数均能直接影响异构体的分布及副产物的生成量，而且异构体之间的性质十分相似，因此工业上很难进行合成、分离和精制。目前国内对甲苯磺酸的生产主要是甲苯直接三氧化硫、氯磺酸，根据磺化时甲苯的状磺化，磺化剂有硫酸、
态，可分为气相磺化法和液相磺化法。用浓硫酸液相磺化甲苯在国内较为普遍，投资规模较小，但该法的成品中，对甲苯磺酸含量低（一般在９５％以下［１］）、游离酸高，远远不能满足各方面的需要，尤其是国际市场的需要。
对此，本文进行了深入的研究，设计了一套更高效的高纯度高收率的合成路线，经多次正交试验，找到了最佳合成条件，得到了含量在９８％以上的对甲苯磺酸。
法。
温度对反应的组成影响较大，必须进行控制。根据对甲苯磺酸不溶于５０－８０％之间的硫酸溶液而邻和对甲苯磺酸溶解的特性［２］，选择在适当的温度下，加适量的水，使大部分的对甲苯磺酸以一水化合物的结晶形式析出。
２原料和仪器
甲苯：分析纯，上海国药集团；浓硫酸：分析纯，上海国药集团；
油浴加热器，四口烧瓶，油水分离器，球形冷凝管，电动搅
拌器。
３实验步骤
在带有搅拌、回流、分水器、温度计的四口烧瓶中加入
２４０ｇ甲苯，加热升温，在甲苯回流状态下滴加８０ｇ浓硫酸，在４５ｍｉｎ内均匀滴加，继续回流加热，待反应达到规定时间后停
止反应。
在适当温度下加适量的水，析出一水结晶化合物，然后进行减压抽滤，并用少量的等温的甲苯洗涤两次，在７０℃真空干燥即得产品。
对甲苯磺酸的品质分析方法是参照文献
［３］
用的ＧＣ分析
４
１
原理
在过量且沸腾的甲苯中滴加浓硫酸，甲苯蒸气通过冷凝分水器装置将反应生成的水分离，这样一方面能保持较高的硫酸浓度，维持一定的反应速度；另一方面还能抑制逆向的水解反应。
主反应：
主要影响因素及正交试验
用硫酸磺化甲苯，产品的质量和收率受到很多因素的影
响，主要因素有投料比、反应温度、反应时间、晶体析出温度、加水量等。确定甲苯的沸点１１０℃为反应的温度较为合理［４］，通过甲苯蒸气带出水蒸气，分离反应生成的水，使反应完全；投料比确定甲苯过量，通过初步实验，配比的大小对反应的结果影响不大，因为它们属于互不相溶的两相接触反应，但甲苯的量不（摩尔比）［５］。能太少，至少应该够回流，因此投料比为２．５：１
其它三个因素的影响效果通过实验来确定，为了确定最佳的工艺条件，本文采用较全面的正交试验法［６］。正交试验的数据和结果见表１。
（下转第３６页）
马志军（１９６５－），男，江苏南通人，讲师，实验室主任，主要从事有机合成和分析的教学与研究。【作者简介】
南通职业大学校级课题项目（０６０６１０３）【基金项目】
会使串口复位：当使ＤＡＴＡ线处于高电平时，触发ＳＣＫ９次以（含９次），并随后发一个前述的“传输开始”命令。上
３．３温湿度测量时序
当单片机发出了传输开始命令，且ＳＨＴ１０正确接收到温（湿）度测量命令后，单片机就要等到测量完成。使用８／１２／１４位的分辨率测量分别需要大约１１／５５／２１０毫秒。为表明测量完成，ＳＨＴ１０会使数据线为低，此时单片机必须重新启动ＳＣＫ。然后传送两字节测量数据与１字节ＣＲＣ校验和。在传输过程中控制器必须通过使ＤＡＴＡ为低来确认每一字节，所有的测量值从右算ＭＳＢ列于第一位。通讯在确认ＣＲＣ数据位后停止。如果没有用ＣＲＣ－８校验和，则单片机需要在测量数据ＬＳＢ后，保持ＡＣＫ为高来停止通讯，ＳＨＴ１０在测量和通讯完成之后会自动返回睡眠模式。需要注意的是，为使ＳＨＴ１０温升低于（如：１２位精确度时，每秒０．１℃，则此时工作频率不能大于１５％最多进行３次测量）。
测量温度子程序流程图见图４，测量湿度子程序流程图见图５。
图５测量湿度程序流程图
４结论
本设计采用了高集成度和高精度的温湿度数字传感器
免ＳＨＴ１０来完成温湿度的测量，由于ＳＨＴ１０具有数字式输出、调试、免标定、免外围电路及全互换等特点，不仅节省了单片机
Ｉ／Ｏ口资源，使系统整体设计成本下降，还提高了测量精度，同
时大大简化了单片机的程序编写。ＳＨＴ１０还具有更优越的信号质量，更快的反应时间和更灵敏的抗外部干扰能力，所以该系统较传统温室测量系统在性能上有了很大的提高，在现代化温室控制系统中具有广泛的发展前景。参考文献
［１］樊建明，陈渊睿．基于ＳＨＴ１１的温室多点测量系统设计［Ｊ］．国外电子测量技术．２００６，２５：３－８．
［２］郭涛．带Ｉ２Ｃ总线的数字式智能温湿度传感器ＳＨＴ１１设计参考［Ｊ］．电子器件应用．２００６，３：１４－
１７．
图４
测量温度程序流程图
（上接第２２页）
该反应的最佳工艺条件为：反应时间２小时，结晶析出温度
５０℃，加水量１０ｇ，此时合成产品的纯度为９８．４％。
５结论
本文通过对浓硫酸磺化甲苯制备对甲苯磺酸的合成工艺
的深入研究，制订了新型的生产工艺路线，通过多次正交试验，得到最佳工艺条件为：甲苯与浓硫酸的摩尔比为２．５：１，反应温度为１１０℃，反应时间２小时，结晶析出温度５０℃，加水量
１０ｇ，产品的纯度达到９８％以上。通过该工艺，产品品质达到了
国际水平［６］，为该产品的跨跃式发展奠定一个良好的基础。参考文献
［１］吕世光．塑料助剂手册［Ｍ］．北京：轻工业出版社，１９８８：１４０－１４８．［２］姚蒙正，程侣柏，王家儒．精细化工产品合成原理（第二版）［Ｍ］，北京：中国石化出版社，１９９９：２１８－２２０．
根据正交试验的极差分析，对产品纯度影响最大的因素是加水量，其次是反应时间和结晶析出温度；对产量影响最大的因素是结晶析出温度，其次是反应时间和加水量。
由于本文中主要考虑产品的纯度问题，加水量的的增加，Ｋ
［３］ＮａｒｄｉｌｌｏＡＭ，ＣａｓｔｅｌｌｓＲＣ，ＡｒａｎｃｉｂｉａＥＬ，ＣａｓｓｅｌｌａＭＬ．Ｄｅｔｅｍｉ－ｎａｔｉｏｎｏｆＴｏｌｕｅｎｅｓｕｌｆｏｎｉｃａｃｉｄｉｓｏｍｅｒｓｂｙｇａｓＣｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ［Ｊ］．１９８８，２５（７）：６１８－６２０．
［４］熊刚．气相磺化法研制对甲苯磺酸［Ｊ］．泸天化科技，２００１，３：２４３－２４５．［５］张铸勇．精细有机合成单元反应［Ｍ］．上海：华东理工大学出版社，２００４：１８０－１８４．
［６］蔡干，曾汉维，钟振声．有机精细化学品实验［Ｍ］．北京：化学工业出版社，１９９７：２６－４７．
（纯度）值增加即纯度提高，取最大值１０ｇ，但Ｋ（产量）值减小即
产量有所降低；反应时间的改变，在２．５小时处Ｋ（纯度）和Ｋ
（产量）值均出现最低值，不足取；结晶析出温度的改变，在５０℃
处Ｋ（纯度）和Ｋ（产量）值均出现最大值，可取５０℃。因此，确定