CN102827031B - 一种β-氨基丙腈连续反应工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种β-氨基丙腈连续反应工艺，其是将氨水与相转移催化剂混合，而后按照一定的比例将氨水与丙烯腈在一定的温度条件下进行反应，然后进行减压驱氨、除水以及除溶剂处理，最后进行蒸馏得到β-氨基丙腈。本发明采用连续反应工艺，特殊相转移催化剂的使用使反应选择性强，副反应得到抑制，使氨化反应收率大大提高，同时，本发明工艺，反应压力大幅降低，可以在1.0MPa以下完成反应，大大提高了反应的安全系数。

Description

一种β-氨基丙腈连续反应工艺

技术领域

本发明涉及一种有机化合物的合成方法，特别是一种有机化工中间体β-氨基丙腈的连续反应工艺。

背景技术

腈化合物是一类含氰基功能团的化学物质（R-CN)，是一种重要的合成原料。由腈化合物出发可以获得酰胺、氨基酸、羧酸等价值更高、应用范围更广的一类化合物，它们可作为化工原料、医药中间体以及维生素前体等。

β-氨基丙腈是一种重要的有机化工中间体，可以作为合成丙氨酸和泛酸的原料，经加氢还原可以制备1，3-二氨基丙烷，其最重要的用途是与光气反应制备异氰酸酯，进而与对硝基苯胺反应从而制得一种甜味剂。

较为通用的方法是氨与丙烯腈的迈克尔加成反应制得，但该方法由于β-氨基丙腈的氨基具有较氨更强的碱性，仍会与丙烯腈继续发生副反应产生较多的副产物，影响产品转化率。

由氨和丙烯腈反应制备β-氨基丙腈的研究报道主要有：

(1)1993年的美国专利U85247120A1报到了使用管式反应器，催化剂为Al₂O₃和SiO₂，在90°C和180bar的压力下反应，丙烯腈转化率99%，β-氨基丙腈的选择性为85.1%。此方法采用固定床类型的反应器形式，利于连续化生产，且转化率和选择性都很高，但反应压力过高，对反应装置提出了很高的要求，安全隐患大。

(2)文献Organic Syntheses,3,93(1955）报到了将过量的浓氨水和丙烯腈混合置于四口烧瓶中，室温下搅拌反应，过夜后减压蒸馏分离产品，β-氨基丙腈收率36.7%。

(3)文献J.Am.Chem.Soc.,67,1994(1945)报道，在室温下向过量浓氨水中滴加丙烯腈，搅拌反应，分离产品后，氨基丙腈收率为27.8%。

(4)目前国内一般适用的β-氨基丙腈合成工艺如下：

将丙烯腈和氨水在压力釜中在100～150℃，3.0～5.0MPa条件下进行氨化反应，然后进行闪蒸、浓缩、精馏得到纯品β-氨基丙腈。

以上(2)(3)（4）三者均是采用典型的间歇釜式反应器进行，其后的一些文献报道也主要采用这种方法，其主要缺点就是β-氨基丙腈的选择性很低，通常在50%之下，副产物含量颇高，且反应压力高，存在一定的安全隐患。

在传统的间歇釜式反应中，丙烯腈与液氨同时置于釜中搅拌，反应初期，氨的含量较多，而产物β-氨基丙腈很少，因此主要发生主反应，随着反应进行，β-氨基丙腈含量增多，由于β-氨基丙腈的氨基的碱性强于氨分子，优先与丙烯腈发生迈克尔加成，而产生副产物，造成主产物β-氨基丙腈的选择性下降。

因此，寻找低成本、高效稳定、操作简便、较大程度抑制副产物产生的β-氨基丙腈生产工艺，是亟待解决的重要课题之一。

发明内容

鉴于上述现有生产工艺中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明的目的在于提供一种连续式反应工艺，该工艺，可大幅度提高β-氨基丙腈反应的选择性，同时使得副反应得到抑制，从而使β-氨基丙腈转化率得以提高。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种β-氨基丙腈连续反应工艺，其是将氨水与相转移催化剂相混合，而后按照一定的比例将氨水与丙烯腈在一定的温度条件下进行反应，然后进行减压驱氨、除水以及除溶剂处理，最后进行蒸馏得到β-氨基丙腈。

本发明具体是按照以下顺序的操作步骤实现β-氨基丙腈连续反应工艺的：

步骤一，在配氨釜中将氨水与相转移催化剂相混合；

步骤二，通过比例泵将配氨釜中的氨水与储罐中的丙烯晴按照一定的比例输入到管道反应器内；

步骤三，在一定的温度条件下，管道反应器内的氨水与丙烯腈进行混合反应；

步骤四，将反应混合物经减压阀减压进入到驱氨塔中初步驱氨；

步骤五，将初步驱氨处理后的混合物输入到减压驱氨釜进行再度驱氨处理；

步骤六，进入到蒸水塔内进行除水和除溶剂处理；

步骤七，将所得的粗品转入到低沸蒸馏塔内进行低沸蒸馏；

步骤八，将经低沸蒸馏所得的塔底物料转入到正品蒸馏塔内蒸馏得到β-氨基丙腈。

作为本发明所述β-氨基丙腈连续反应工艺的一种优选方案，其中所述相转移催化剂为异丙醇与正丙醇的混合物。

作为本发明所述β-氨基丙腈连续反应工艺的一种优选方案，其中步骤二中所述一定的比例为氨水与丙烯腈的体积比为5:1。

作为本发明所述β-氨基丙腈连续反应工艺的一种优选方案，其中所述步骤二中在将氨水输入到管道反应器时，对氨水进行预热处理。

作为本发明所述β-氨基丙腈连续反应工艺的一种优选方案，其中步骤三中所述在一定的温度条件下，其温度为100°C～150°C。

作为本发明所述β-氨基丙腈连续反应工艺的一种优选方案，其中步骤四中所述经减压阀减压到0.05MPa。

作为本发明所述β-氨基丙腈连续反应工艺的一种优选方案，其中步骤四中所述初步驱氨采用闪蒸法进行驱氨。

本发明采用连续式反应工艺，效果优于间歇式反应工艺，这主要是由于反应过程添加的相催化剂可以大大加强了反应的选择性，副反应得到抑制，从而使β-氨基丙腈转化率得以提高。特殊相转移催化剂的使用使反应选择性强，副反应得到抑制，使氨化反应收率大大提高，实际生产中可以达到95%以上，虽然催化剂回收需要增加能耗和损耗成本，但综合成本可以比现行工艺降低10%以上；同时，本发明工艺，反应压力大幅降低，可以在1.0MPa以下完成反应，大大提高了反应的安全系数。

附图说明

图1本发明所述β-氨基丙腈连续反应工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所述β-氨基丙腈连续反应工艺流程进行详细说明。

如图所示，图中：1、配氨釜；2、丙烯腈储罐；3、比例泵；4、管道反应器；5、驱氨塔；6、减压驱氨釜；7、蒸水塔；8、低沸蒸馏塔；9、β-氨基丙腈蒸馏塔；10、β-氨基丙腈接受罐。

实施例1

向2000L配氨釜1内加入配置好的含量35%的氨水1500L，再加入按比例配置的异丙醇与正丙醇的混合物相转移催化剂100L；向丙烯腈储罐2内加入丙烯腈240kg；将氨水和丙烯腈分别接入比例泵3的两个入口，按氨水：丙烯腈=5:1的体积比进入到管道反应器4，氨水先经过预热段，之后与丙烯腈混合进入反应器段，采用循环水控温，保证反应器温度在100-150℃，压力在1.0MPa以下反应，经过管道反应器4后，物料经减压阀减压到0.05MPa进入到驱氨塔5中除氨，塔底物料同时连续转入到减压驱氨釜6中进一步减压驱氨，驱氨结束后物料连续进入蒸水塔7进行除水和除溶剂，粗品进入收集罐后转入到低沸蒸馏塔8，塔底物料转入到β-氨基丙腈蒸馏塔9；反应结束后，β-氨基丙腈接受罐10共收集β-氨基丙腈307kg，β-氨基丙腈转化率为95%。

即，该反应工艺是先将氨水与相转移催化剂相混合，而后按照一定的比例将氨水与丙烯腈在一定的温度条件下进行反应，然后进行减压驱氨、除水以及除溶剂、收低沸处理，最后进行蒸馏得到β-氨基丙腈。

实施例2

实验室内测试时，向2000m l恒压漏斗内加入配置好的含量35%的氨水1500ml，再加入按比例配置的异丙醇与正丙醇的混合物相转移催化剂100ml；向500ml的恒压漏斗加入丙烯腈240g；将氨水和丙烯腈分别接入比例泵的两个入口，按氨水：丙烯腈=5:1的体积比进入到管道反应器，氨水先经过预热段，之后与丙烯腈混合进入反应器段，采用循环水控温，保证反应器温度在100-150℃，压力在1.0MPa以下反应，经过管道反应器后，物料经减压阀减压到0.05MPa进入到驱氨塔中除氨，塔底物料同时连续转入到减压驱氨瓶中进一步减压驱氨，驱氨结束后物料连续进入带夹层的玻璃冷凝器除水和溶剂，粗品进入收集罐后转入到接立式玻璃冷凝器的圆底烧瓶，塔底物料转入到接立式玻璃冷凝器的圆底烧瓶；反应结束后，接受罐共收集β-氨基丙腈307g，β-氨基丙腈转化率为95%。

为了验证本发明的效果，同时进行了间歇式反应：在2000ml压力釜中加入35%氨水1500ml，启动搅拌升温，当温度达到95℃时，将平衡罐内240g丙烯腈缓慢加入，反应结束，经闪蒸、浓缩、精馏得β-氨基丙腈258.6g，β-氨基丙腈转化率为80%。

实施例3

向配氨釜内加入配置好的含量35%的氨水750L，再加入按比例配置的异丙醇与正丙醇的混合物相转移催化剂50L；向丙烯腈储罐2加入丙烯腈120kg；将氨水和丙烯腈分别接入比例泵3的两个入口，按氨水：丙烯腈=5:1的体积比进入到管道反应器4，氨水先经过预热段，之后与丙烯腈混合进入反应器段，采用循环水控温，保证反应器温度在100-150℃，压力在1.0MPa以下反应，经过管道反应器后，物料经减压阀减压到0.05MPa进入到驱氨塔5中除氨，塔底物料同时连续转入到减压驱氨釜6中进一步减压驱氨，驱氨结束后物料连续进入蒸水塔7除水和溶剂，粗品进入收集罐后转入到低沸蒸馏塔8，塔底物料转入到β-氨基丙腈蒸馏塔9；反应结束后，β-氨基丙腈接受罐10共收集β-氨基丙腈159.6kg，β-氨基丙腈转化率为95.2%。

实施例4

测试实验时，向1000ml恒压漏斗内加入配置好的含量35%的氨水750ml，再加入按比例配置的异丙醇与正丙醇的混合物相转移催化剂50ml；向500ml的恒压漏斗加入丙烯腈120g；将氨水和丙烯腈分别接入比例泵的两个入口，按氨水：丙烯腈=5:1的体积比进入到管道反应器，氨水先经过预热段，之后与丙烯腈混合进入反应器段，采用循环水控温，保证反应器温度在100-150℃，压力在1.0MPa以下反应，经过管道反应器后，物料经减压阀减压到0.05MPa进入到驱氨塔5中除氨，塔底物料同时连续转入到减压驱氨瓶中进一步减压驱氨，驱氨结束后物料连续进入带夹层的玻璃冷凝器除水和溶剂，粗品进入收集罐后转入到接立式玻璃冷凝器的圆底烧瓶，塔底物料转入到接立式玻璃冷凝器的圆底烧瓶；反应结束后，接受罐共收集β-氨基丙腈159.6g，β-氨基丙腈转化率为95.2%。

为了验证本发明的效果，同时进行了间歇式反应：在2000ml压力釜中加入35%氨水750ml，启动搅拌升温，当温度达到95℃时，将平衡罐内120g丙烯腈缓慢加入，反应结束，经闪蒸、浓缩、精馏得β-氨基丙腈129.8g，β-氨基丙腈转化率为80.3%。

综上所述，本发明采用连续反应工艺，特殊相转移催化剂的使用使反应选择性强，副反应得到抑制，使氨化反应收率大大提高，实际生产中可以达到95%以上，虽然催化剂回收需要增加能耗和损耗成本，但综合成本可以比现行工艺降低10%以上；同时，本发明工艺，反应压力大幅降低，可以在1.0MPa以下完成反应，大大提高了反应的安全系数。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种β-氨基丙腈连续反应工艺，其特征在于：

按照以下顺序的操作步骤实现β-氨基丙腈连续反应工艺的：

步骤一，在配氨釜中将氨水与相转移催化剂相混合，所述相转移催化剂为异丙醇与正丙醇的混合物；

步骤二，通过比例泵将配氨釜中的氨水与储罐中的丙烯腈按照一定的比例输入到管道反应器内，所述一定的比例为氨水与丙烯腈的体积比为5:1且在将氨水输入到管道反应器时，对氨水进行预热处理；

步骤三，在一定的温度条件下，管道反应器内的氨水与丙烯腈进行混合反应，所述在一定的温度条件下，其温度为100℃～150℃；

步骤四，将反应混合物经减压阀减压进入到驱氨塔中初步驱氨，所述经减压阀减压到0.05MPa，所述初步驱氨采用闪蒸法进行驱氨；

步骤五，将初步驱氨处理后的混合物输入到减压驱氨釜进行再度驱氨处理；

步骤六，进入到蒸水塔内进行除水和除溶剂处理；

步骤七，将所得的粗品转入到低沸蒸馏塔内进行低沸蒸馏；

步骤八，将经低沸蒸馏所得的塔底物料转入到正品蒸馏塔内蒸馏得到β-氨基丙腈。