CN102962026B - 连续化无溶剂制备高纯度akd的设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供连续化无溶剂制备高纯度AKD的设备及方法。采用的设备包括一种使原料进行连续化混合反应的反应器，主要制备工艺为：第一，叔胺在反应器起始端连续加入，酰氯分成三至十路连续加入；第二，在反应器工作状态下，主电机带动内筒相对外筒转动，迫使加入的物料在环柱形通道的输送段被叶片输送和搅拌，在混合段被剪切片与捏合片的相对运动充分剪切和混合，结合输送段与混合段在环柱形通道轴向一隔一交替分布，使加入的物料充分发生反应，再通过内外换热系统控制物料温度，直至从出料口连续排出产物。采用本发明的设备及工艺，可以实现反应热分散产生，物料混合充分，反应完全，反应温度、物料粘度易于控制，减少副反应的发生，保证产品高纯度。

Description

连续化无溶剂制备高纯度AKD的设备及方法
技术领域
本发明涉及一种连续化制备AKD（烷基或烯基烯酮二聚体）的方法，具体涉及一种通过原料连续计量并在不存在溶剂条件下，充分混合、连续化反应制备高纯度AKD的方法。
背景技术
AKD（烷基或烯基烯酮二聚体）是造纸用的一种施胶剂。目前工业化规模生产的AKD产品都是采用批次生产的方式取得。随着市场需求的增长，这种生产方式表现出很大的局限性和诸多缺陷，比如质量波动大，人工成本高，原料、能源消耗大等。近年来，AKD的连续化制备成为大型规模化生产的发展方向。欧洲专利EP0550107和中国专利CN1596252A均公开了连续化制备AKD的方法，但上述方法都是将原料酰氯与原料叔胺按比例一次性全份连续加入，这样做会使反应温度骤升，物料粘度剧增，操作困难，不能得到高纯度的产品。
中国专利CN101845030A也公开了一种连续化制备AKD的方法。该专利使用了特别设计的反应器，其主体是一台带有间断螺叶的输送机，螺叶间隔中插入固定的搅拌棒。在两个实施例中，物料之一的叔胺一次性加入，另一种物料酰氯则是分两次加入，产品纯度较对照例有了较大提高，所得产品碘值虽可稳定在43，但碘值与批次化生产的产品碘值相比低约2，熔点低约0.5~1℃，这说明存在更多的杂质，产品纯度不够高，产品质量不佳；若物料酰氯分三次加入，由于反应器长度的限制，反应时间短，特别是最后一批物料加入后，搅拌不足，所得产品纯度没有明显提高。以上影响所得产品质量的原因在于：（1）在无溶剂条件下，反应进行非常迅速，即使物料之一的酰氯分两点加入，反应热释放的仍较集中，反应温度较难控制，表现出的物料粘度仍大；（2）该反应器是依靠间断螺叶进行剪切捏合，结构较简单，轴向、径向混合强度都较小，自清洁能力差，以至可能会在反应器内物料产生抱轴和结壁现象，由于散热困难造成反应温度升高、物料粘度增加，使物料无法充分混合，最终导致酰氯与叔胺的二聚反应不完全，无法连续化制备高纯度AKD产品。为此，如何改进和工艺和设备，以实现连续化制备高纯度的AKD产品是本发明研究的课题。
发明内容
本发明目的是克服现有技术存在的不足，提供一套稳定地连续化制备高纯度AKD的方法，以适应工业化规模生产的需要。
为达到上述目的，本发明一种连续化无溶剂制备高纯度AKD的设备采用的技术方案是：采用的设备包括一种能够使原料进行连续化混合反应的反应器，该反应器具有同轴设置的内筒和外筒，在工作状态下内筒由电机带动相对外筒转动，内筒与外筒之间形成有一环柱形通道，该环柱形通道沿轴向分设有输送段和混合段，而且输送段与混合段在环柱形通道轴向一隔一布置，其中，所述输送段内设有用于输送和搅拌物料的叶片，叶片的根部固定在内筒上，叶片的端部与外筒内壁间隙配合，所述混合段内设有用于剪切和混合物料的剪切片和捏合片，剪切片由支撑块和剪切棒组成，支撑块的一端固定在内筒上，另一端固定连接剪切棒，剪切棒的一侧与外筒内壁间隙配合，捏合片由支杆和捏合块组成，支杆的一端固定在外筒上，另一端固定连接捏合块，捏合块的一侧与内筒外壁间隙配合；所述反应器上设有连通环柱形通道的一个叔胺进料口、三至十个酰氯进料口和一个出料口，一个叔胺进料口和第一个酰氯进料口位于反应器中环柱形通道轴向的一端，一个出料口位于环柱形通道轴向的另一端，其余各个酰氯进料口自第一个酰氯进料口起沿环柱形通道的轴向间隔布置；所述反应器还配备有内外两套换热系统，其中，内换热系统以内筒的筒壁作为换热界面，并由管路、换热介质与内筒的内腔构成，外换热系统以外筒的筒壁作为换热界面，并由管路、换热介质与外筒外缘上的水夹套构成。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，所述叶片可以为螺旋叶片，所述叶片的间隔中设置有搅拌棒，所述搅拌棒呈柱状，其一端固定安装在所述外筒上，另一端与所述内筒外壁间隙配合。
2、上述方案中，所述环柱形通道即内筒与外筒之间形成的腔室，环柱形通道的横截面在径向看为一环形空间，在轴向看为一通透的环柱形空间。
3、上述方案中，所述支撑块呈块状，其一端固定在内筒上，另一端延伸向外筒内壁并固定连接有剪切棒；所述剪切棒呈棒状，剪切棒的一侧与外筒内壁间隙配合，在反应器工作状态下由于内筒由电机带动相对外筒转动，剪切棒可以刮下粘连在外筒内壁上的物料。 
4、上述方案中，所述支杆呈杆状，其一端固定在外筒上，另一端延伸向内筒外壁并固定连接有捏合块；所述捏合块呈块状，捏合块的一侧与内筒外壁间隙配合，在反应器工作状态下内筒由电机带动相对外筒转动，捏合块可以刮下粘连在内筒外壁上的物料。
5、上述方案中，所述内换热系统设有旋转接头，该旋转接头与内筒的内腔连接。 
6、上述方案中，所述水夹套固定安装在所述外筒外壁上，具有外壳、内壳、上封头、下封头、进水管以及出水管结构。
7、上述方案中，所述设备可以是至少两个内部结构相同的设备串联而成的。
为达到上述目的，本发明一种连续化无溶剂制备高纯度AKD的方法采用的技术方案是： 
（1）原料
所述原料为叔胺和酰氯；
所用的叔胺为：
Figure 54821DEST_PATH_IMAGE001
                                      （Ⅰ）
在化学通式（Ⅰ）中，R1、R2、R3为C1~C6的烷基、烯基或环烷基；
所用的酰氯为：
                                  （Ⅱ）
在化学通式（Ⅱ）中，R为C8~C22的烷基或烯基；
（2）设备
采用的设备包括一种能够使原料进行连续化混合反应的反应器，该反应器具有同轴设置的内筒和外筒，在工作状态下内筒由电机带动相对外筒转动，内筒与外筒之间形成有一环柱形通道，该环柱形通道沿轴向分设有输送段和混合段，而且输送段与混合段在环柱形通道轴向一隔一布置，其中，所述输送段内设有用于输送和搅拌物料的叶片，叶片的根部固定在内筒上，叶片的端部与外筒内壁间隙配合，所述混合段内设有用于剪切和混合物料的剪切片和捏合片，剪切片由支撑块和剪切棒组成，支撑块的一端固定在内筒上，另一端固定连接剪切棒，剪切棒的一侧与外筒内壁间隙配合，捏合片由支杆和捏合块组成，支杆的一端固定在外筒上，另一端固定连接捏合块，捏合块的一侧与内筒外壁间隙配合；所述反应器上设有连通环柱形通道的一个叔胺进料口、三至十个酰氯进料口和一个出料口，一个叔胺进料口和第一个酰氯进料口位于反应器中环柱形通道轴向的一端，一个出料口位于环柱形通道轴向的另一端，其余各个酰氯进料口自第一个酰氯进料口起沿环柱形通道的轴向间隔布置；所述反应器还配备有内外两套换热系统，其中，内换热系统以内筒的筒壁作为换热界面，并由管路、换热介质与内筒的内腔构成，外换热系统以外筒的筒壁作为换热界面，并由管路、换热介质与外筒外缘上的水夹套构成；
（3）制备工艺
第一步，事先将需要连续化加入反应器的原料，按任意单位时间内叔胺与酰氯的摩尔比为1.05~1.2:1进行准备，其中，将连续化加入反应器的酰氯分三至十路多点加入，每路酰氯加入量为任意单位时间内酰氯加入总重量的10~60%；
第二步，利用计量泵按第一步中的要求将叔胺从反应器中的所述叔胺进料口连续加入，同时利用计量泵按第一步中的要求将酰氯分成三至十路从反应器中对应的三至十个酰氯进料口连续加入，在反应器工作状态下，主电机带动内筒相对外筒转动，迫使加入的物料在环柱形通道的输送段被叶片输送和搅拌，在环柱形通道的混合段被剪切片与捏合片的相对运动充分剪切和混合，由于酰氯的多点加入结合输送段与混合段在环柱形通道轴向一隔一交替分布，使得加入的物料能够充分发生二聚反应，并且从反应器的各进口处逐渐沿环柱形通道向所述出料口方向移动，在物料发生二聚反应过程中，通过内外两套换热系统来控制反应器内物料的温度在50~100℃范围，物料的粘度控制在1~70帕·秒范围，物料在反应器内停留时间在5~20分钟，直至从出料口连续排出反应产物；
第三步，从反应器出料口连续排出的反应产物落入至连续萃取器，通过向连续萃取器中连续加入稀无机酸溶液与反应产物分散得到萃取混合液，最后将萃取混合液输入沉降池进行油相和水相分离，上层的油相为熔融的AKD产物，自沉降池的溢流口排出，下层的水相为叔胺无机酸盐溶液，自沉降池的下口排出。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，所述叔胺可以选择化学通式（Ⅰ）中的下列物质中的一种：三乙胺；二甲基环己胺；二甲基异丙胺。所述酰氯可以选择化学通式（Ⅱ）中的下列物质中的一种：棕榈酰氯；硬脂酰氯；棕榈酰氯与硬脂酰氯按任意重量比例的混合物；异硬脂酰氯；异硬脂酰氯、棕榈酰氯与硬脂酰氯按任意重量比例的混合物。
2、上述方案中，所述叔胺与酰氯的较佳摩尔比为1.06~1.15:1，所述叔胺与酰氯的最佳摩尔比为1.08 ~1.12:1。
3、上述方案中，所述制备工艺中的第二步中，控制反应器内物料的温度较佳在50~90℃，温度范围最佳在55~85℃。
4、上述方案中，在所述制备工艺中的第三步中进行油相和水相分离后，由于按照本发明制备出来的反应物粘度较低，故可以采用从反应器顶部溢流出料。
5、上述方案中，所述制备工艺中的第三步中，所述稀无机酸溶液可以为稀盐酸溶液或稀硫酸溶液。
6、上述方案中，在所述制备工艺中的第三步完成后，连续制备出的AKD可直接乳化做成AKD乳液；或经水洗、脱水，冷却成型市售。叔胺无机酸盐溶液经回收处理，叔胺循环使用。
7、上述方案中，AKD是烷基或烯基烯酮的二聚体，结构式：
Figure 423803DEST_PATH_IMAGE003
其中R为C8~C22的烷基或烯基。
本发明工作原理是：生成AKD的反应包括酰氯脱氯化氢二聚和氯化氢与叔胺的中和，酰氯与叔胺的反应式为：
Figure 241848DEST_PATH_IMAGE004
＋
Figure 384117DEST_PATH_IMAGE005
Figure 81945DEST_PATH_IMAGE006
Figure 302973DEST_PATH_IMAGE007
＋
Figure 564190DEST_PATH_IMAGE008
在无溶剂条件下，酰氯与叔胺反应的特点是反应进行非常迅速，剧烈放热，导致物料粘度急速增高，这使得该反应难以控制，物料间反应不完全，进而影响所得产物的纯度。在全部物料集中反应的情况下，物料温度骤升，粘度则远超100帕·秒（Pa·s），以至无法正常搅拌和传热。相关研究表明，在不同条件下，叔胺盐酸盐的结晶形态会有很大差别。无溶剂存在时，酰氯与叔胺等摩尔（或叔胺稍过量）反应，会生成枝状细长形晶体；而在有溶剂存在或叔胺大量过量的情况下，会生成较粗大的类似斜方晶型的晶体。前一种情况下，物料粘度很大，很难用搅拌或剪切等机械作用力达到充分的混合效果，反应热量不能及时移出，温度难控制。尤其是枝状的细长晶体中会包裹着一些未反应的酰氯与叔胺，反应不能完全，使产品品质降低。在第二种情况下，由于溶剂或大量过量叔胺的存在，改善了反应条件，生成了较粗大的晶体，物料粘度大大降低，减少了对原料的包裹夹带，反应比较完全，产品纯度得以提高。但是溶剂回收的工艺设备繁琐，增加能源消耗和环境污染；而大量过量的叔胺，增加回收成本。二者均不可行。本发明提出了一个新颖的工艺操作和特定设备，解决了这个问题。
本发明的构思是在无溶剂的条件下，加强反应物料的混合，在反应物温度可控的基础上实现反应物粘度可控，进而实现产品质量可控，即稳定的连续制备出高纯度AKD。首先，将物料之一的叔胺从反应器中的所述叔胺进料口连续加入，另一种物料酰氯则是被分成三至十路从反应器中对应的三至十个酰氯进料口连续化加入，也就是说，开始是叔胺与一部分酰氯同时连续加入进行反应，叔胺相对大大过量，起到了溶剂或稀释的作用，在这种环境下，生成的胺盐有好的结晶形态，减少了对未反应物料的包裹现象，然后沿反应器长度方向，通过其他进料口逐份连续加入酰氯，使总反应热量大大分散，反应过程从而容易控制。
其次，反应器的输送段在输送物料的同时也始终对物料剪切、搅拌，实现物料发生轴向为主的混合，并且叶片间隔中的搅拌棒可以刮下内筒壁上的物料，防止物料抱轴。
本发明还有一个关键之处，在所述环柱形通道的轴向上还设有混合段，所述混合段内设有用于剪切和混合物料的剪切片和捏合片。这一方面迫使加入的物料在环柱形通道的混合段被剪切片与捏合片的相对运动充分剪切和混合，加强了粘稠物料在径向上的混合，另一方面实现了自清理，即剪切片上的剪切棒可以刮下粘连在外筒内壁上的物料，防止物料在外筒上结壁，捏合片上的捏合块可以刮下粘连在内筒外壁上的物料，防止物料在内筒上抱轴，降低热阻，有效传热，增加了物料反应的机会以及保证了足够的停留时间。
再次，物料在输送段与混合段内产生的反应热由反应器上的内外两套换热系统来控制反应器内物料的温度，进一步控制了反应物料的温度。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：采用本发明的工艺，可以实现反应热分散产生，维持良好的热传导，物料混合充分，反应完全，从而使反应温度、物料粘度易于控制，反应物料粘度降低10~70帕·秒（Pa·s），减少了副反应的发生，杂质少，保证产品的高纯度。
附图说明
图1为本发明设备整体结构正面示意图； 
图2为图1的部分剖面示意图；
图3为图1的A-A剖面示意图； 
图4为图1的B-B剖面示意图；
图5为图1的物料进出口及内件分布位置示意图。
以上附图中：1、内筒；2、外筒；3、电机；4、环柱形通道；5、输送段；6、叶片；7、混合段；8、剪切片；9、捏合片；10、支撑块；11、剪切棒；12、支杆；13、捏合块；14、叔胺进料口；15、酰氯进料口；16、出料口；17、旋转接头；18、搅拌棒。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：连续化无溶剂制备高纯度AKD的设备及方法
所述原料为叔胺中的三乙胺，酰氯为棕榈酰氯与硬脂酰氯的混合物，其中棕榈酰氯与硬脂酰氯的重量比为7:13。
参见图1至图5所示，其中图2表示的是反应器中一个输送段5和一个混合段7中的内件形状及分布示意图，图3表示的是输送段5的剖面示意图，图4表示的是混合段7的剖面示意图。不锈钢混合反应器，长度1800毫米，内筒1直径为133毫米，外筒2直径为219毫米，内筒1与外筒2同轴设置。在工作状态下内筒1由电机3带动相对外筒2转动，内筒1与外筒2之间形成有一环柱形通道4，该环柱形通道4沿轴向分设有三个输送段5和四个混合段7，而且输送段5与混合段7在环柱形通道4轴向一隔一布置，其中，所述输送段5内设有用于输送和搅拌物料的叶片6，输送段的名义螺距为60毫米，叶片6的根部固定在内筒1上，叶片6的端部与外筒2内壁间隙配合；所述叶片6的间隔中设置有搅拌棒18，所述搅拌棒18呈柱状，其一端固定安装在所述外筒2上，另一端与所述内筒1外壁间隙配合。所述混合段7内设有用于剪切和混合物料的剪切片8和捏合片9，剪切片8由支撑块10和剪切棒11组成，支撑块10的一端固定在内筒1上，另一端固定连接剪切棒11，剪切棒11的一侧与外筒2内壁间隙配合，捏合片9由支杆12和捏合块13组成，支杆12的一端固定在外筒2上，另一端固定连接捏合块13，捏合块13的一侧与内筒1外壁间隙配合。所述反应器的起始端上设有连通环柱形通道4的一个叔胺进料口14和一个酰氯进料口15，然后相隔300~500毫米自第一个酰氯进料口15起沿环柱形通道4的轴向间隔布置两个酰氯进料口15，物料由计量泵经转子流量计泵入。在反应器的末端设置有一个出料口16。所述反应器还配备有内外两套换热系统，其中，内换热系统以内筒1的筒壁作为换热界面，并由管路、换热介质与内筒1的内腔构成，内筒1的一端连接有旋转接头17，形成回路；外换热系统以外筒2的筒壁作为换热界面，并由管路、换热介质与外筒2外缘上的水夹套构成，两套换热系统分别与冷热媒回路相连切换，通过调节冷热媒流量可以灵活控制反应温度。反应器转数为60~120转/分。
从反应器出料口16连续排出的反应产物经管道输送至连续萃取器，通过向连续萃取器中连续加入稀盐酸溶液与反应产物分散得到萃取混合液，最后将萃取混合液输入沉降池进行油相和水相分离，上层的油相为熔融的AKD产物，并且自沉降池的溢流口排出，下层的水相为三乙胺盐酸盐溶液，并且自沉降池的下口排出。
原料酰氯（棕榈酰氯与硬脂酰氯的重量比为7:13）的投料量为108公斤/小时，三乙胺与酰氯的摩尔比在1.05~1.10：1。三个酰氯入口的进料比例约为5:2.5:2.5。反应器运行17小时，反应物料最高温度在85℃左右，物料停留时间为8分钟，出口物料温度65℃左右，粘度10~70帕·秒（Pa·s），取样16个，碘值43.0~44.6，平均值为43.77，熔点50.3~50.5℃，所测得的熔点与批次法产品相同。
实施例二：连续化无溶剂制备高纯度AKD的设备及方法
参见图1至图5所示，所述原料为叔胺中的三乙胺，酰氯为棕榈酰氯与硬脂酰氯的混合物，其中棕榈酰氯与硬脂酰氯的重量比为13:7。设备、投料量、进料比例与实施例一相同。反应器运行48小时，取样17批，碘值 在44.2~46.2，平均值为45.25，熔点在48.5~49℃，所测得的熔点与批次法使用该原料配方制得的产品相同。
实施例三：连续化无溶剂制备高纯度AKD的设备及方法
参见图1至图5所示，不锈钢混合反应器，长度3000毫米，内筒1直径为370毫米，外筒2直径为530毫米，内筒1与外筒2同轴设置。在工作状态下内筒1由电机3带动相对外筒2转动，内筒1与外筒2之间形成有一环柱形通道4，该环柱形通道4沿轴向分设有五个输送段5和六个混合段7，而且输送段5与混合段7在环柱形通道4轴向一隔一布置，其中，所述输送段5内设有用于输送和搅拌物料的叶片6，输送段的名义螺距为120毫米，叶片6的根部固定在内筒1上，叶片6的端部与外筒2内壁间隙配合；所述叶片6的间隔中设置有搅拌棒18，所述搅拌棒18呈柱状，其一端固定安装在所述外筒2上，另一端与所述内筒1外壁间隙配合。所述混合段7内设有用于剪切和混合物料的剪切片8和捏合片9，剪切片8由支撑块10和剪切棒11组成，支撑块10的一端固定在内筒1上，另一端固定连接剪切棒11，剪切棒11的一侧与外筒2内壁间隙配合，捏合片9由支杆12和捏合块13组成，支杆12的一端固定在外筒2上，另一端固定连接捏合块13，捏合块13的一侧与内筒1外壁间隙配合。所述反应器的起始端上设有连通环柱形通道4的一个叔胺进料口14和一个酰氯进料口15，然后相隔300~500毫米自第一个酰氯进料口15起沿环柱形通道4的轴向间隔布置三个酰氯进料口15，物料由计量泵经转子流量计泵入。在反应器的末端设置有一个出料口16。所述反应器还配备有内外两套换热系统，其中，内换热系统以内筒1的筒壁作为换热界面，并由管路、换热介质与内筒1的内腔构成，内筒1的一端连接有旋转接头17，形成回路；外换热系统以外筒2的筒壁作为换热界面，并由管路、换热介质与外筒2外缘上的水夹套构成，两套换热系统分别与冷热媒回路相连切换，通过调节冷热媒流量可以灵活控制反应温度。反应器转数为45~60转/分。
原料酰氯（棕榈酰氯与硬脂酰氯的重量比为13:7）的投料量为540公斤/小时，三乙胺与酰氯的摩尔比在1.05~1.10：1。首个酰氯入口进料量为总量的50%，另外的50%分别入其余三个入口。反应器运行六小时，反应物料最高温度在85℃左右，物料停留时间为10分钟，出口物料温度60~65℃，粘度10~65帕·秒（Pa·s），取样五批，碘值45.3~46.0，平均值为45.7。
实施例四：连续化无溶剂制备高纯度AKD的设备及方法
参见图1至图5所示，所述原料为叔胺中的二甲基环己胺，酰氯为异硬脂酰氯与棕榈酰氯和硬脂酰氯二者的混合物，其中异硬脂酰氯与棕榈酰氯和硬脂酰氯二者的混合物的重量比为4:6，棕榈酰氯和硬脂酰氯的重量比为7:13。设备、投料量、进料比例与实施例三相同。反应器运行二十四小时，取样十批，碘值在44.0~45.9，平均值为44.9。
对照例一：
反应器直径219毫米，有效长度1400毫米，为一台不设混合段而只有输送段的反应器，输送段内设有用于输送和搅拌物料的叶片，叶片的间隔中设置有搅拌棒。原料酰氯（棕榈酰氯与硬脂酰氯的重量比为13:7）投料量为108公斤/小时，三乙胺与酰氯摩尔比为1.05~1.10：1，全部物料在起始端分别连续加入。运行二十四小时，碘值平均为40.8。
对照例二：
设备和物料配方同对照例一，在不设混合段的情况下，差别在酰氯分两点进入反应器（比例为7:3），物料温度最高115℃，运行144小时，碘值平均为44.35，熔点47.0~48.8℃，平均较批次法产品低约1℃。
对照例三：
设备、物料配方、配比、投料量同实施例1。差别在酰氯分两点加入反应器（比例7:3），物料温度最高94℃，运行5小时。碘值平均为42.0，熔点50.3℃，所测得的熔点与批次法产品相同。
在以上实施例和对照例中，碘值是表示有机化合物中不饱和程度的一种指标，是衡量AKD纯度高低的指标，测得的碘值越高，表示AKD的纯度越高。此外，在本发明的实施例中原料叔胺用到了三乙胺、二甲基环己胺以及二甲基异丙胺，原料酰氯用到了棕榈酰氯和硬脂酰氯的混合物以及异硬脂酰氯、棕榈酰氯和硬脂酰氯三者的混合物，但本领域技术人员在上述实施例的启发下，容易理解在除本发明公开的配方范围外在符合原料叔胺和酰氯的化学通式（Ⅰ）、（Ⅱ）内作一定变化，也能得到相同或相近似的效果。
由实施例和对照例可见，按照本发明所提出的特定工艺和设备，可以在无溶剂条件下，很好的控制反应过程，降低物料的温度和粘度，减少副反应，从而得到稳定的高纯度的产品。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种连续化无溶剂制备高纯度AKD的设备，其特征在于：
采用的设备包括一种能够使原料进行连续化混合反应的反应器，该反应器具有同轴设置的内筒和外筒，在工作状态下内筒由电机带动相对外筒转动，内筒与外筒之间形成有一环柱形通道，该环柱形通道沿轴向分设有输送段和混合段，而且输送段与混合段在环柱形通道轴向一隔一布置，其中，所述输送段内设有用于输送和搅拌物料的叶片，叶片的根部固定在内筒上，叶片的端部与外筒内壁间隙配合，所述混合段内设有用于剪切和混合物料的剪切片和捏合片，剪切片由支撑块和剪切棒组成，支撑块的一端固定在内筒上，另一端固定连接剪切棒，剪切棒的一侧与外筒内壁间隙配合，捏合片由支杆和捏合块组成，支杆的一端固定在外筒上，另一端固定连接捏合块，捏合块的一侧与内筒外壁间隙配合；所述反应器上设有连通环柱形通道的一个叔胺进料口、三至十个酰氯进料口和一个出料口，一个叔胺进料口和第一个酰氯进料口位于反应器中环柱形通道轴向的一端，一个出料口位于环柱形通道轴向的另一端，其余各个酰氯进料口自第一个酰氯进料口起沿环柱形通道的轴向间隔布置；所述反应器还配备有内外两套换热系统，其中，内换热系统以内筒的筒壁作为换热界面，并由管路、换热介质与内筒的内腔构成，外换热系统以外筒的筒壁作为换热界面，并由管路、换热介质与外筒外缘上的水夹套构成；
采用的设备还包括连续萃取器以及进行油相和水相分离的沉降池，所述反应器出料口连续排出的反应产物经管道输送至连续萃取器，连续萃取器输出的萃取混合液输入沉降池。
2.根据权利要求1所述一种连续化无溶剂制备高纯度AKD的设备，其特征在于：所述叶片的间隔中设置有搅拌棒，所述搅拌棒呈柱状，其一端固定安装在所述外筒上，另一端与所述内筒外壁间隙配合。
3.根据权利要求1所述一种连续化无溶剂制备高纯度AKD的设备，其特征在于：所述内换热系统设有旋转接头，该旋转接头与内筒的内腔连接。
4.一种连续化无溶剂制备高纯度AKD的方法，其特征在于：
（1）原料
所述原料为叔胺和酰氯；
所用的叔胺为：
Figure 798519DEST_PATH_IMAGE001
                                      （Ⅰ）
在化学通式（Ⅰ）中，R1、R2、R3为C1~C6的烷基、烯基或环烷基；
所用的酰氯为：
Figure 840294DEST_PATH_IMAGE002
                                  （Ⅱ）
在化学通式（Ⅱ）中，R为C8~C22的烷基或烯基；
（2）设备
采用的设备包括一种能够使原料进行连续化混合反应的反应器，该反应器具有同轴设置的内筒和外筒，在工作状态下内筒由电机带动相对外筒转动，内筒与外筒之间形成有一环柱形通道，该环柱形通道沿轴向分设有输送段和混合段，而且输送段与混合段在环柱形通道轴向一隔一布置，其中，所述输送段内设有用于输送和搅拌物料的叶片，叶片的根部固定在内筒上，叶片的端部与外筒内壁间隙配合，所述混合段内设有用于剪切和混合物料的剪切片和捏合片，剪切片由支撑块和剪切棒组成，支撑块的一端固定在内筒上，另一端固定连接剪切棒，剪切棒的一侧与外筒内壁间隙配合，捏合片由支杆和捏合块组成，支杆的一端固定在外筒上，另一端固定连接捏合块，捏合块的一侧与内筒外壁间隙配合；所述反应器上设有连通环柱形通道的一个叔胺进料口、三至十个酰氯进料口和一个出料口，一个叔胺进料口和第一个酰氯进料口位于反应器中环柱形通道轴向的一端，一个出料口位于环柱形通道轴向的另一端，其余各个酰氯进料口自第一个酰氯进料口起沿环柱形通道的轴向间隔布置；所述反应器还配备有内外两套换热系统，其中，内换热系统以内筒的筒壁作为换热界面，并由管路、换热介质与内筒的内腔构成，外换热系统以外筒的筒壁作为换热界面，并由管路、换热介质与外筒外缘上的水夹套构成；
（3）制备工艺
第一步，事先将需要连续化加入反应器的原料，按任意单位时间内叔胺与酰氯的摩尔比为1.05~1.2:1进行准备，其中，将连续化加入反应器的酰氯分三至十路多点加入，每路酰氯加入量为任意单位时间内酰氯加入总重量的10~60%；
第二步，利用计量泵按第一步中的要求将叔胺从反应器中的所述叔胺进料口连续加入，同时利用计量泵按第一步中的要求将酰氯分成三至十路从反应器中对应的三至十个酰氯进料口连续加入，在反应器工作状态下，主电机带动内筒相对外筒转动，迫使加入的物料在环柱形通道的输送段被叶片输送和搅拌，在环柱形通道的混合段被剪切片与捏合片的相对运动充分剪切和混合，由于酰氯的多点加入结合输送段与混合段在环柱形通道轴向一隔一交替分布，使得加入的物料能够充分发生二聚反应，并且从反应器的各进口处逐渐沿环柱形通道向所述出料口方向移动，在物料发生二聚反应过程中，通过内外两套换热系统来控制反应器内物料的温度在50~100℃范围，物料的粘度控制在1~70帕·秒范围，物料在反应器内停留时间在5~20分钟，直至从出料口连续排出反应产物；
第三步，从反应器出料口连续排出的反应产物落入至连续萃取器，通过向连续萃取器中连续加入稀无机酸溶液与反应产物分散得到萃取混合液，最后将萃取混合液输入沉降池进行油相和水相分离，上层的油相为熔融的AKD产物，自沉降池的溢流口排出，下层的水相为叔胺无机酸盐溶液，自沉降池的下口排出。
5.根据权利要求4所述一种连续化无溶剂制备高纯度AKD的方法，其特征在于：所述叔胺选择化学通式（Ⅰ）中的下列物质中的一种：
三乙胺；
二甲基环己胺；
二甲基异丙胺；
所述酰氯选择化学通式（Ⅱ）中的下列物质中的一种：
棕榈酰氯；
硬脂酰氯；
棕榈酰氯与硬脂酰氯按任意重量比例的混合物；
异硬脂酰氯；
异硬脂酰氯、棕榈酰氯与硬脂酰氯按任意重量比例的混合物。
6.根据权利要求4所述一种连续化无溶剂制备高纯度AKD的方法，其特征在于：所述叔胺与酰氯的摩尔比为1.06~1.15:1。
7.根据权利要求6所述一种连续化无溶剂制备高纯度AKD的方法，其特征在于：所述叔胺与酰氯的摩尔比为1.08 ~1.12:1。
8.根据权利要求4所述一种连续化无溶剂制备高纯度AKD的方法，其特征在于：所述制备工艺中的第二步中，控制反应器内物料的温度在50~90℃。
9.根据权利要求8所述一种连续化无溶剂制备高纯度AKD的方法，其特征在于：所述制备工艺中的第二步中，控制反应器内物料的温度在55~85℃。
10.根据权利要求4所述一种连续化无溶剂制备高纯度AKD的方法，其特征在于：所述制备工艺中的第三步中，所述稀无机酸溶液为稀盐酸溶液或稀硫酸溶液。
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