對乙酰氨基苯磺酰氯生產工藝的研究

曹國棟 李瑞琛 謝慶國

摘 要： 通過對乙酰氨基苯磺酰氯的多種生產方法進行深入研究，發現了一種新的高效工藝路線，并確定了最佳操作條件。該工藝路線采用了乙酰苯胺作為原料，并通過三氧化硫—五氯化磷法進行反應。在對工藝條件進行不斷優化的基礎上，成功地開發出了這種方法。在這個新的高效工藝路線中，通過對乙酰苯胺、三氧化硫和五氯化磷等物質之間的反應機理和適宜比例進行深入分析，確定了最佳的操作條件。

關鍵詞： 對乙酰氨基苯磺酰氯 生產工藝 反應類型 干燥

中圖分類號： TQ245.2文獻標識碼： A文章編號： 1679-3567（2024）04-0017-03

Research on the Production Technology of P-Acetylaminobenzene Sulfonyl Chloride

CAO Guodong LI Ruichen XIE Qingguo

Shandong Lixing Advanced Material Co.， Ltd.， Linyi， Shandong Province， 276000 China

Abstract： Through an in-depth study of the various production methods of acetaminobenzene sulfonyl chloride， a new efficient process route is found and optimal operating conditions are determined. The process route uses acetanilide as raw materials and reacts by employing the sulfur trioxide-phosphorus pentachloride method. The method has been successfully developed on the basis of the continuous optimization of process conditions. In this new efficient process route， the optimum operating conditions are determined by deeply analyzing the reaction mechanism and appropriate proportion among p-acetanilide， sulfur trioxide， phosphorus pentachloride and other substances.

Key Words： P-acetylaminobenzene sulfonyl chloride； Manufacturing process； Reaction type； Desiccation

對乙酰氨基苯磺酰氯的主要用途是合成磺胺類藥物[1-2]。作為合成這些藥物的重要有機中間體[2-5]，對乙酰氨基苯磺酰氯的需求一直處于高位，并且呈現穩定增長趨勢。然而，由于其較不穩定性質，其在接觸水時容易分解。傳統的生產工藝常采用過量的氯磺酸和乙酰苯胺進行制備[1-5]，盡管氯磺酸具有價格低廉和高度活性的優勢，但過量使用會導致大量的廢棄廢液和廢水對設備和環境造成嚴重的影響。因此，在提高反應產率、降低成本和保護環境的前提下，必須改進傳統的氯化工藝方法。

本項目綜合考慮了市場的多種方法，從合成反應路線（磺氯化）到對乙酰氨基苯磺酰氯的結晶、提純和干燥方法，確定了最佳工藝條件。通過該工藝方法制得的對乙酰氨基苯磺酰氯不僅成本低、品質高，而且符合行業要求。

1 研究內容與方法

1.1 研究內容

1.1.1 磺化反應

在本項目中采用了三氧化硫作為磺化劑。該方法具有許多優點，包括高質量、高收率、溫和的反應條件以及較少的廢物產生。然而，需要注意的是，由于該反應是非均相反應[5]，難以控制三氧化硫的流量和濃度，同時尾氣排放也存在一些問題，因此在國內的應用相對較少。為解決這些問題，在本項目中引入了帶有干燥風功能的雙膜式磺化器，以控制三氧化硫和乙醋胺的流量，并通過一系列尾氣處理設備來克服三氧化硫作為催化劑所面臨的缺點，從而將磺化率提高至不低于97%。

1.1.2 氯化反應

將磺化產物注入反應器中，接著按摩爾比1∶1.1∶2.0分別加入五氯化磷和四氯化碳。在72 ℃下反應3 h后，經過處理得到主要成分為對乙酰氨基苯磺酸的磺化油。由于目前所使用的四氯化碳具有相對較低的熔點（僅76.8 ℃），因此在氯化反應中，研究將適宜的氯化溫度設定為72 ℃，以進行有效的溫度控制。

1.1.3 結晶純化

P-ASC的結晶方案包括冰水冷卻法和溶劑提取法[1-4]，其中溶劑提取法會增加后續溶劑提取的成本，并帶來回收困難。為了解決這個問題，在本項目中，研究采用了冰水冷卻法來實現結晶，并提出了三種可行方案：單獨使用冰塊的方法、制備冰水混合物的方法以及低溫冷水法（3 ℃）。這些方案對應的結晶溫度分別為1～4 ℃、4～7 ℃和7～10 ℃。研究將反應液引入冰水混合物中，以控制結晶溫度在4～7℃范圍內。晶體經過3次往復水洗，直到pH值達到5.5以上（弱酸性對后續氨化過程沒有影響）。

1.1.4 干燥過程

抽濾后的濕物料可以采用多種方法進行干燥。一種方法是直接采用氣流干燥，但這種方法的干燥效果較差。另一種方法是采用過濾和干燥一體的多功能干燥機，但該干燥器存在不易清洗等問題。在本項目中，研究選擇使用可清洗的密封式雙錐真空干燥機對抽濾后的濕物料進行干燥。這種真空干燥機具有良好的干燥效果，并且可以很好地清洗。經過干燥，對乙酰氨基苯磺酰氯的含水量可以降低到小于0.5%的水平。

1.2 對乙酰氨基苯磺酰氯生產工藝流程

本研究使用乙酰苯胺作為起始原料，經過三氧化硫進行磺化反應，然后再通過五氯化磷進行氯化反應，經過處理后最終得到P-ASC粗品。隨后，對P-ASC粗品進行結晶和抽濾處理，并將產物進行干燥以獲得固體P-ASC產品。具體的工序流程如下：（1）乙酰苯胺與三氧化硫反應，進行磺化反應，生成磺化產物；（2）將磺化產物與五氯化磷進行氯化反應，得到P-ASC粗品；（3）對P-ASC粗品進行結晶處理，通過控制結晶溫度，在適當的溶劑中使其析出；（4）進行抽濾處理，去除雜質，得到純凈的濕P-ASC；（5）將濕P-ASC進行干燥，可以采用可洗密封式雙錐式真空干燥機，將其含水量降至小于0.5%；（6）干燥后得到固體P-ASC產品。

1.2.1 磺化反應

采用三氧化硫作為磺化劑，通過雙膜式TO磺化器反應制得對乙酰氨基苯磺酸。膜式磺化方法可以有效減少過磺化和其他副反應的發生頻率，同時由于液體停留時間極短，幾乎沒有物料返混的現象發生。在該反應中，擴散速度、氣流速度以及氣液分配均勻性等因素對反應具有重要影響。

雙膜磺化器反應器由頭部、反應區和尾部三個組成部分構成。頭部是磺化液體物料形成均勻的內外膜，并與SO3-空氣混合氣發生反應的區域。在反應區中，液膜逐漸下降，反應溫度逐漸降低。尾部設有具備氣液分離功能的分離器，用于分離反應產物中的氣體和液體成分。

為了實現溫度分布的穩定和減緩磺化速率，在TO反應器中引入了保護風二次風技術。該技術通過在液膜和氣體之間引入干燥的空氣，實現溫度的均衡，并降低磺化速率。此外，為了提高轉化率，還增加了大循環急冷裝置和直接冷卻冷磺酸的設備。這些措施可以有效提高反應效果并優化產物的質量。

1.2.2 氯化反應

在反應器中將上述磺化產物泵入，然后按照摩爾比1∶1.1∶2.0加入五氯化磷和四氯化碳。在72 ℃下反應3 h后，經過處理得到主要成分為對乙酰氨基苯磺酸的磺化油。經過這一步驟，成功合成了對乙酰氨基苯磺酸。

在氯化反應中會產生HCl氣體副產物，需要將其抽出并通過水吸收和濃縮處理后作為工業鹽酸銷售。對乙酰氨基苯磺酸、五氯化磷和溶劑之間的最佳摩爾比為1∶2.1∶1.10∶2.0。在磺化反應中，溫度應控制在100±1 ℃，而在氯化反應中需要保持在72±1 ℃（溶劑沸點為76 ℃）?；腔磻某掷m時間為1 h，而氯化過程的持續時間為3 h。輔助操作，如加料和升溫等步驟，應控制在不超過40 min內完成。

1.2.3 結晶水洗

將反應液引入冰水混合物中，并控制結晶溫度在4～7 ℃。通過3次往復水洗晶體，直至pH值達到≥5.5。

1.2.4 抽濾

將經過上述水洗的三次水抽濾，得到對乙酰氨基苯磺酰氯的濕物料，同時也得到富含磷酸的母液。

1.2.5 干燥

本項目采用可洗密封式雙錐式真空干燥機對經過過濾的濕物料（對乙酰氨基苯磺酰氯）進行干燥。真空干燥機的尾氣系統配備溶劑冷凝器，可以回收有機溶劑，減少對大氣的污染。

1.2.6 包裝

由于乙酰氨基苯磺酰氯的穩定性較差，它在與水接觸后容易發生分解反應。因此，在包裝過程中需要進行干燥，并采取防潮措施以確保產品的質量。

1.3 生產對乙酰氨基苯磺酰氯的工藝流程圖

對乙酰氨基苯磺酰氯的工藝流程如圖1所示。

2 總體性能指標與國內外同類先進技術的比較

（1）本項目的生產工藝路線簡單，生產設備獨特且新穎。在磺化反應中，三氧化硫和乙酰苯胺的轉化率高，而在氯化反應中，轉化率完全且收率高。在生產工藝過程中，P-ASC的析出不需要引入新的溶劑，因此無需進行溶劑回收，降低了設備投入和溶劑成本。PASC打漿液的酸含量也顯著減少，這在制備磺胺類藥物時可以節約氨水的使用量。采用本項目的工藝流程，可以實現連續化、規模化和自動化生產高質量的P-ASC固體產品，節約能耗，并且生產成本比國內現有的氯磺酸-二氯亞砜等工藝生產的成本更低，更具有市場競爭力。

（2）本研究采用可清洗的密封式雙錐形真空干燥設備，對經過過濾處理后的濕物料（對乙酰氨基苯磺酰氯）進行真空干燥。相較于國內其他干燥方法，該方法具有快速干燥和獲得優質干燥成品等顯著優勢。

（3）本項目在追求最高反應收率的同時，充分綜合利用了生產過程中的副產物。這種做法不僅保護了環境，降低了用水的消耗，也有效降低了成本。同時，這種綜合利用還實現了社會效益和經濟效益的雙重優化。

3 研究結論

（1）通過不斷優化工藝條件，本研究發現了一種制備對乙酰氨基苯磺酰氯的新方法。該方法以乙酰苯胺為起始原料，采用三氧化硫-五氯化磷法進行磺化反應。在磺化反應中，采用雙膜磺化反應器，并通過調控干燥風的流速來控制液相和氣相的速度，以實現在100±1 ℃下進行高效的磺化反應，并使轉化率達到97%以上。在氯化反應階段，物料的摩爾進料比是n（對乙酰氨基苯磺酸）∶n（五氯化磷）∶n（溶劑）=1∶2.1∶1.10∶2.0，并保持在72±1 ℃下進行3 h的保溫反應。最后，通過循環水洗結晶工藝，將晶體洗至pH>5.5。對經過抽濾的濕物料采用可洗密封式雙錐形真空干燥機進行真空干燥，獲得純度達98%的產品，并進行干燥后真空包裝。

（2）本項目對產生的三廢進行相應處理。首先，對產生的HCl氣體進行水吸收，并經過提濃處理后作為工業鹽酸進行銷售。其次，含有三氧化硫的尾氣經過吸收塔進行吸收處理后再排放。此外，經過蒸餾濃縮處理，從母液中提取P-ASC晶體，并回收利用蒸餾凝液，從而減少用水的消耗。經過濃縮處理后的母液可以直接應用于其他工業生產，實現零排放的目標。

參考文獻

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