苯胺的制備實驗裝置

1. 苯胺是怎麼合成的

以甲苯為原料合成苯胺的過程可以通過「硝化」、「還原」和「脫除甲醯基」三個步驟來實現。
首先，甲苯會經過硝化作用生成對甲基硝基苯並得到硝化後的產物。硝化是指將有機物質中的親電性基團（如-NH2、-OH、-COOH等）與硝酸進行反應，使有機物中的碳原子與硝基結合而形成硝基化合物。硝化反應通常需要將硝酸與硫酸混合使用，這是因為硫酸是一種親電性較強的脫水劑，可除去反應體系中產生的水分，使反應順利進行。
在硝化後，對甲基硝基苯會通過還原反應來得到對甲苯胺。還原是指在氫氣的存在下，將硝化產物中的硝基還原為氨基，得到相應的硝化物或受硝化物還原的產物。還原反應可以使用多種還原劑進行，如鐵末、氫氣氧化鋁等，其中使用氫氣氧化鋁時還需加入催化劑進行反應，反應後會得到對甲苯胺。
最後，對甲苯胺會通過脫甲醯基反應來得到苯胺。脫甲醯基反應是指通過酸性條件下加熱或氧化還原作用，去除甲基基團而得到的產物。在脫甲醯基反應中，對甲苯胺會與酸或者酸性氧化劑進行反應，去除甲基基團，形成苯胺。
總之，以甲苯為原料合成苯胺的過程可以通過硝化、還原和脫除甲醯基三個步驟來完成。這種方法在實驗室中是一種常見的制備苯胺的方法，但由於化學品的危險性和反應條件的苛刻性，必須由有專業知識和經驗的人員進行操作。

2. 苯胺合成路線

苯+濃硝酸→硝基苯+水（條件：50-60°C,濃硫酸催化）
硝基苯+鐵+水→苯胺+四氧化三鐵（條件：醋酸）
先製得硝基苯，然後用硝基苯制備苯胺。
制備硝基苯的步驟：
在250ml圓底燒瓶中加入20ml濃硫酸，將其置於冰水浴中，然後量取18ml濃硝酸，小心加入到濃硫酸中，邊加邊旋搖。加完後使混合酸冷卻到室溫。
量取18ml苯，分批加入混合酸中（4-5次），旋搖燒瓶。使苯與混酸充分接觸，待反應物的溫度不再上升而趨於下降時，才繼續加混酸。反應物的溫度應保持在40～50℃之間，若超過50℃，可用冷水浴冷卻燒瓶。加料完畢後，把燒瓶放在水浴上加熱，約於10min內把水浴加熱到60℃(反應混合物的溫度為50-60℃)並保持30min，間歇地振盪燒瓶。
冷卻後，將反應混合物倒入分液漏斗中。靜置分層，分出酸層，倒入指定回收瓶內。粗硝基苯先用等體積的冷水洗滌，再用10%碳酸鈉溶液洗滌，直到洗滌液不顯酸性。最後用水洗至中性(如何檢驗?)。分離出粗硝基苯，放在乾燥的小錐形瓶中，加入無水氯化鈣乾燥，間歇振盪錐形瓶。
把澄清透明的硝基苯倒入30ml蒸餾燒瓶中，連接空氣冷凝管。在石棉網上加熱蒸餾，收集204～210℃的餾分。為了避免殘留在燒瓶中的二硝基苯在高溫下分解而引起爆炸，注意切勿將產物蒸干。
產量：約9.5g。
制備苯胺的步驟：
在一個250ml圓底燒瓶中，放置20g鐵粉（40-100目），30ml水和2ml乙酸，用力振搖使充分混合。裝上迴流冷凝管，用小火緩緩煮沸5min。稍冷後，從冷凝管頂端分批加入10ml硝基苯，每次加完後搖動反應混合物。若反應太激烈，瓶內混合物沸騰時，將圓底燒瓶侵入冷水中片刻，使反應緩慢。當所有的硝基苯加完後，將燒瓶至於沸騰的熱水浴中加熱30min，使還原趨於完全，然後使反應物冷卻至室溫，在搖動下慢慢加入50%NaOH溶液使反應物呈鹼性。然後將反應瓶改為水蒸氣蒸餾裝置，進行水蒸氣蒸餾直到蒸出澄清液為止，將餾出液放入分液漏斗中，分出粗苯胺。水層加入氯化鈉3-5g使其飽和後，用20ml乙醚分兩次萃取，合並粗苯胺和乙醚萃取液，用粒狀氫氧化鈉乾燥。 將乾燥後的混合液小心的傾入乾燥的50ml蒸餾燒瓶中，在熱水浴上蒸去乙醚，然後改用空氣冷凝管，在石棉網上加熱，收集180-185℃的餾分，產量2.3-2.5g（產率63%-69%）。純苯胺的bp為184.1℃，n20D為1.5863。
（以上步驟都是我自己操作過的，前兩個月我也做了這兩個試驗）

3. 苯胺的備制

簡單的說就是將硝基苯和氫氣加熱到200度左右，通入流化床反應器，在金屬負載型催化劑（很多種，你這里是活性銅）的作用下，在200-320度時生成苯胺。
反應化學式為C6H5NO2+3H2—-—- C6H5NH2+2H20

硝基苯催化加氫法是目前工業上生產苯胺的主要方法，包括固定床氣相催化加氫、流化床氣相催化加氫以及硝基苯液相催化加氫三種工藝。

催化劑
C6H5NO2+3H2—-—- C6H5NH2+2H20+Q
生產工藝：1，硝基苯加氫還原：硝基苯經預熱和氫氣以1：9(摩爾比)進入氣化器，氣化並加熱至185～200℃，通人流化床。以銅作催化劑，氣態硝基苯在流化床內發生加氫還原反應。控制流化床內中心溫度220～270℃。H：≥90％。加氫反應產生的熱量由廢熱鍋爐產生1．3～1．7MPa的飽和蒸汽，供氣化器和後續精餾工序使用。流化床頂部出來的氣態反應生成物經冷凝、冷卻。液相為反應生成的苯胺和水，分層得到粗品苯胺。不凝氣(H：≥90％)少量排放，其餘壓縮後。和新鮮氫混合循環使用。床內銅催化劑定期進行再生處理。2，苯胺精製：粗品苯胺從脫水塔頂泵人。控制脫水塔釜溫度140-160℃，塔頂溫度120～140℃。塔內真空度一0．06至-0．07MPa。當脫水塔釜液水分≤0．1％後，進入精餾塔精餾脫除重組份(硝基苯、聯苯胺類等)。控制塔釜溫度l10～120℃。塔頂溫度100～llO~C。塔內真空度一0．09MPa以上。氣態苯胺從塔頂蒸出冷凝得到成品；塔釜內的重組份定期排放，蒸餾回收苯胺後作為焦油。

固定床氣相催化加氫工藝是在l～3 MPa和200—300 攝氏度等條件下，硝基苯和氫發生反應，苯胺的選擇性>99％。具有運轉費用低、投資少、技術成熟和產品質量好等優點，不足之處是易發生局部過熱而引起副反應和催化劑失活。國外大多數苯胺生產廠採用此工藝進行生產。
流化床氣相催化加氫法是汽化後的硝基苯與過量H：混合，進人流化床反應器，在260—280℃進行加氫還原反應生成苯胺和水蒸汽。該法較好地改善了傳熱狀況，避免局部過熱，減少副反應的生成，延長了催化劑的使用壽命；不足之處是操作較復雜，催化劑磨損大，裝置建設、操作和維修費用較高。我國絕大多數苯胺生產廠家均採用流化床氣相催化加氫工藝進行生產。
硝基苯液相催化加氫工藝是在無水條件下硝基苯進行加氫反應生成苯胺，苯胺的收率為99％。優點是反應溫度較低，副反應少，催化劑負荷高，壽命長，設備生產能力大，不足之處是反應物與催化劑以及溶劑必須進行分離，設備操作以及維修費用高。
目前，成功應用於硝基苯加氫工藝的催化劑主要是還原態的銅基催化劑和貴金屬鉑系催化劑。
俄羅斯催化研究所披露了硝基苯加氫制苯胺的銅加強催化劑的制備方法：通過在不銹鋼的柵格中燒結分布在熱交換器表面的鎳和鋁粉末，得到鎳．鋁載體，銅催化劑便依附在此載體上，用此方法製得的催化劑活性高。
硝基苯催化加氫工藝的技術進展主要表現在催化劑的改進方面。
美國杜邦公司成功開發了硝基苯液相催化加氫工藝：在150—250℃和0．15—1．0 MPa條件下，採用貴金屬催化劑，在無水條件下硝基苯進行加氫反應生成苯胺，收率為99％。俄國物理有機研究所研製出以稀土金屬氧化物為載體的硝基苯催化加氫鈀催化劑，實驗證明，在硝基苯加氫制苯胺中，l％Pd／Sm：03比1％Pd／A120 的催化活性高，兩者的穩定性比值為3．5。莫貝公司研製出由金、銀鉑或鈀等貴金屬製成的網狀、波紋狀或蜂窩狀催化劑，在此催化劑存在下，以甲醇為溶劑，於131—150oC和6．4 MPa條件下硝基苯加氫反應63 rain，苯胺收率98．1％以上。天津大學製成了一種功能性磷樹脂，把Pd、Pt或Ni負載於該樹脂上製成催化劑，可用於硝基苯的氫化反應。