CN104004012A - 一种自动化连续生产卤代烷基三烷氧基硅烷的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种自动化连续生产卤代烷基三烷氧基硅烷的方法，包括酯化工艺、汽提工艺和氯化氢的回收工艺等步骤，整个过程采用自动化控制，实现了连续进料和连续分离操作，具有生产效率高、产品纯度高、无部分醇解的副产物和氯化氢残留、耗能低、反应周期短、生产成本低等优点。

Description

一种自动化连续生产卤代烷基三烷氧基硅烷的方法
技术领域
本发明涉及一种自动化控制连续生产卤代烷基三烷氧基硅烷的方法。
背景技术
有机氯硅烷醇解法是工业上制备有机烷氧基硅烷最常用的方法之一。有机氯硅烷与无水乙醇进行醇解反应合成有机烷氧基硅烷，工业上常用水射真空法，即在密封反应设备中，往搅拌状态下的有机氯硅烷反应液中滴加无水乙醇，同时采用真空泵使反应在负压下进行，反应中产生的副产物HCl ，在负压作用下大部分被碱液或水吸收，这样就得到了酸性的有机烷氧基硅烷产物；然后中和产物中的氯化氢，分离提纯出中性产品。该方法无法将HCl及时去除。
由于反应过程中伴随有大量HCl的生成，传统的醇解工艺中采用的是液态反应，副产物HCl不能及时有效排除，不仅不利于主反应的进行，可能引发其它副反应，例如醇与氯化氢发生卤代反应，卤代烷基三烷氧基硅烷的聚合等，造成副产物的增多，产品收率下降。可能的方程式包括：
C2H5OH+HCl → C2H5Cl+H2O
ClCH2CH2CH2Si(OCH2CH3)3 + H2O                                                聚硅氧烷＋C2H5OH
同时HCl在产物中溶解度相当大，大量的HCl溶解于产物中将严重影响其应用效果，因此需要大量的中和剂进行中和，中和后的初产品还要再经过精馏操作，这样又加大了人力物力的成本投入。
因此反应中副产物HCl的去除十分重要，现有技术例如普通的单塔法和双塔法还无法将HCl彻底去除。
在醇解反应中存在的另一个主要问题是有机氯硅烷醇解不完全，形成部分醇解的烷氧基有机氯硅烷。由于该副产物含有易水解的Si-Cl基团，含该副产物的卤代烷基三烷氧基硅烷产品会显示酸性，如果不加处理地直接使用，就会在后续反应中引发其它副反应。
因此，仍然需要及时去除副产物HCl和部分醇解产物，生产高质量的卤代烷基三烷氧基硅烷产品的方法。
发明内容
本发明提供一种自动化控制连续生产卤代烷基三烷氧基硅烷的方法，实现了连续进料和连续分离操作，具有生产效率高、产品纯度高、无部分醇解的副产物和氯化氢残留、耗能低、反应周期短、生产成本低等优点。
在本发明的一个实施方案中，提供了一种连续生产卤代烷基三烷氧基硅烷的方法，其特征在于整个过程采用自动化控制，并且包括以下步骤：
（1）酯化工艺：将无水醇汽化后输入酯化塔，从酯化塔顶部连续泵入卤代烷基三氯硅烷，卤代烷基三氯硅烷和无水醇在酯化塔中陶瓷填料发生酯化反应，副产物HCl经过塔顶冷凝器进入到尾气真空压缩回收系统，醇和未反应的卤代烷基三氯硅烷经过冷凝器冷凝回流到酯化塔中继续反应；
（2）汽提工艺：酯化反应的粗品卤代烷基三烷氧基硅烷用泵连续输入汽提塔顶，无水醇汽化后进入汽提塔中，粗品中未反应的卤代烷基三氯硅烷继续反应完全，同时HCl解吸后进入尾气真空压缩回收系统；
（3）氯化氢的回收工艺：真空压缩回收HCl，回收液可直接用于合成原料三氯氢硅。
在本发明的另一个实施方案中，提供了一种连续生产卤代烷基三烷氧基硅烷的方法，其特征在于整个过程采用自动化控制，其中：
所述步骤（1）包括：将无水醇压入到汽化器中，汽化后进入酯化塔，卤代烷基三氯硅烷用泵连续输入到酯化塔顶部，卤代烷基三氯硅烷和无水醇在陶瓷填料酯化塔中发生酯化反应，副产的HCl经过塔顶冷凝器进入到尾气真空压缩回收系统，冷凝器冷凝下来的醇以及未反应的卤代烷基三氯硅烷回流到酯化塔中继续反应，其中操作压力0.03～0.05MPa，塔中温度50～70℃，塔釜温度120～150℃；
所述步骤（2）包括：酯化反应粗品卤代烷基三烷氧基硅烷用泵连续输入汽提塔的塔顶，无水醇压入到汽化器中，汽化后进入汽提塔中，粗品中未反应的卤代烷基三氯硅烷继续反应完全，同时粗品中的HCl解吸后进入尾气真空压缩回收系统；
所述步骤（3）包括：真空压缩回收HCl，回收液可直接用于合成原料三氯氢硅。
在本发明的一个优选实施方案中，其中卤代烷基三烷氧基硅烷具有如下式（1）所示的结构：
(RO)3Si-Alk-X              （1）
每个R独立地是含有1至6个碳原子的一价烃基，
Alk独立地是含有1至12个碳原子的二价烃基，
X为卤素原子。
在本发明的另一个优选实施方案中，其中每个R独立地是甲基、乙基或丙基；Alk独立地是-(CH2)p-，p代表2-5的整数；X为氯、溴或碘。
在本发明的一个特别优选实施方案中，其中所述的卤代烷基三烷氧基硅烷为氯丙基三乙氧基硅烷；所述的无水醇为无水的饱和脂族醇，优选无水甲醇或无水乙醇；所述的卤代烷基三氯硅烷为γ-氯丙基三氯硅烷。
具体实施方式
以下实施例仅用于进一步解释本发明，而不是限制本发明的范围。所有本发明的显而易见的改变或修饰均落入本发明的保护范围。
 实施例1.  自动化控制双塔法连续生产γ-氯丙基三乙氧基硅烷（γ2）。
步骤（1），酯化塔工艺：
将无水乙醇压入到汽化器中，汽化后进入酯化塔。γ-氯丙基三氯硅烷（γ1）用泵连续输入到酯化塔顶部。γ1和无水乙醇在陶瓷填料酯化塔中发生酯化反应。副产的HCl经过塔顶冷凝器进入到真空尾气管道，经过真空压缩回收后用于合成三氯氢硅。冷凝器冷凝下来的乙醇以及未反应的γ1回流到酯化塔中继续反应。操作压力0.03～0.05MPa，塔中温度50～70℃，塔釜温度120～150℃，整个过程采用自动化控制。酯化反应粗品γ2中残留HCl低于5ppm。
步骤（2），汽提塔工艺：
酯化反应粗品γ2用泵连续输入汽提塔的塔顶，无水乙醇压入到汽化器中，汽化后进入汽提塔中。在汽提塔中，粗品γ2中未反应的γ1继续反应完全，同时γ2中的HCl解吸进入尾气真空压缩回收系统。成品γ2的纯度：≥99.0%。
步骤（3），HCl回收循环利用工艺：
来自酯化塔和汽提塔的含HCl的尾气通过真空压缩，以形成一定浓度的盐酸，回收后直接用于合成原料三氯氢硅。
本发明方法实现了连续进料和连续分离操作，自动化程度高，生产效率高，用工人数精简，操作稳定性更高。酯化反应粗品中残留HCl低于5ppm，可以去除中和步骤。成品纯度较高：成品R2纯度：≥99.0%。副产物HCl采用真空压缩技术回收后，直接用于合成原料三氯氢硅，实现了副产物的循环利用，无废气废水产生，绿色环保。

Claims (7)

1.一种自动化控制连续生产卤代烷基三烷氧基硅烷的方法，其特征在于整个过程采用自动化控制，并且包括以下步骤：
（1）酯化工艺：将无水醇汽化后输入酯化塔，从酯化塔顶部连续泵入卤代烷基三氯硅烷，卤代烷基三氯硅烷和无水醇在酯化塔中陶瓷填料发生酯化反应，副产物HCl经过塔顶冷凝器进入到尾气真空压缩回收系统，醇和未反应的卤代烷基三氯硅烷经过冷凝器冷凝回流到酯化塔中继续反应；
（2）汽提工艺：酯化反应的粗品卤代烷基三烷氧基硅烷用泵连续输入汽提塔顶，无水醇汽化后进入汽提塔中，粗品中未反应的卤代烷基三氯硅烷继续反应完全，同时HCl解吸后进入尾气真空压缩回收系统；
（3）氯化氢的回收工艺：真空压缩回收HCl，回收液可直接用于合成原料三氯氢硅。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤（1）包括：将无水醇压入到汽化器中，汽化后进入酯化塔，卤代烷基三氯硅烷用泵连续输入到酯化塔顶部，卤代烷基三氯硅烷和无水醇在陶瓷填料酯化塔中发生酯化反应，副产的HCl经过塔顶冷凝器进入到尾气真空压缩回收系统，冷凝器冷凝下来的醇以及未反应的卤代烷基三氯硅烷回流到酯化塔中继续反应，其中操作压力0.03～0.05MPa，塔中温度50～70℃，塔釜温度120～150℃；
步骤（2）包括：酯化反应粗品卤代烷基三烷氧基硅烷用泵连续输入汽提塔的塔顶，无水醇压入到汽化器中，汽化后进入汽提塔中，粗品中未反应的卤代烷基三氯硅烷继续反应完全，同时粗品中的HCl解吸后进入尾气真空压缩回收系统；
步骤（3）包括：真空压缩回收HCl，回收液可直接用于合成原料三氯氢硅。
3.如权利要求1-2任一项所述的方法，其中卤代烷基三烷氧基硅烷具有如下式（1）所示的结构：
(RO)3Si-Alk-X              （1）
每个R独立地是含有1至6个碳原子的一价烃基，
Alk独立地是含有1至12个碳原子的二价烃基，
X为卤素原子。
4.如权利要求3所述的方法，其中每个R独立地是甲基、乙基或丙基，Alk独立地是-(CH2)p-，p代表2-5的整数，X为氯、溴或碘。
5.如权利要求1-2任一项所述的方法，其中所述的卤代烷基三烷氧基硅烷为氯丙基三乙氧基硅烷，所述的无水醇为无水乙醇，所述的卤代烷基三氯硅烷为3-氯丙基三氯硅烷。
6.如权利要求3所述的方法，其中所述的卤代烷基三烷氧基硅烷为氯丙基三乙氧基硅烷，所述的无水醇为无水乙醇，所述的卤代烷基三氯硅烷为3-氯丙基三氯硅烷。
7.如权利要求4所述的方法，其中所述的卤代烷基三烷氧基硅烷为氯丙基三乙氧基硅烷，所述的无水醇为无水乙醇，所述的卤代烷基三氯硅烷为3-氯丙基三氯硅烷。
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