CN104447299A - 间苯二甲酰氯生产工艺及其生产装置 - Google Patents

间苯二甲酰氯生产工艺及其生产装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种间苯二甲酰氯生产工艺及其生产装置，属于有机合成技术领域。所述的生产工艺，是将间苯二甲酸与过量氯化亚砜，在催化剂作用下回流反应，反应结束后，先经常压蒸馏、减压蒸馏回收大部分未反应的氯化亚砜，再经一级薄膜蒸发器减压蒸馏残留的氯化亚砜和催化剂，最后再经二级薄膜蒸发器在高真空条件下进行蒸馏提纯，得到间苯二甲酰氯。本发明具有工艺简单，操作方便，生产周期短，产品收率高、杂质含量低，且过量的氯化亚砜可回收重复利用等特点，适合工业化生产。本发明生产的间苯二甲酰氯，纯度达99.95％以上，收率大于99.5％。

Description

间苯二甲酰氯生产工艺及其生产装置
技术领域
本发明涉及一种间苯二甲酰氯生产工艺及其生产装置，属于有机合成技术领域。
背景技术
间苯二甲酰氯别名间苯二酰二氯或二氯化间苯二甲酰，简称IPC，常温下为白色结晶，熔点43～45℃，沸点为276～278℃，遇空气易分解或变黄。高质量间苯二甲酰氯是生产高性能间位芳纶纤维(芳纶1313)的主要原料，也可作为合成聚酰胺、聚酯、聚芳酯、聚芳酰胺、液晶高分子等的单体，高聚物的改性剂，农药、医药工业的中间体。目前，工业生产间苯二甲酰氯主要为氯化亚砜法和光气法，其中以氯化亚砜法最为普遍。随着国内高性能纤维芳纶1313的快速发展，对间苯二甲酰氯的产量和质量均提出更高要求。
光气法是以间苯二甲酸和光气或双光气为原料，在催化剂作用下，反应制得间苯二甲酰氯，该法需要使用其它溶剂，不但存在溶剂残留影响产品质量，而且溶剂的回收及再处理增加了生产本。另外，反应所使用的光气为剧毒气体，存在较大安全隐患。
氯化亚砜法以间苯二甲酸和氯化亚砜为原料，在催化剂作用下，反应制得间苯二甲酰氯粗品，经高真空精馏提纯得到高纯度间苯二甲酰氯。该法精制过程通常采用真空精馏，时间长，温度高，产品质量难以保证，同时，对真空装置要求较高，需去除前馏和精馏残渣，不利于产品质量稳定和收率提高，难以满足我国芳纶产业的快速发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种蒸馏提纯时间短、避免副反应发生、收率高、产品杂质含量低的间苯二甲酰氯生产工艺，本发明同时提供其生产装置。
本发明所述的间苯二甲酰氯生产工艺，是将间苯二甲酸与过量氯化亚砜，在催化剂作用下回流反应，反应结束后，先经常压蒸馏、减压蒸馏回收大部分未反应的氯化亚砜，再经一级薄膜蒸发器减压蒸馏残留的氯化亚砜和催化剂，最后再经二级薄膜蒸发器在高真空条件下进行蒸馏提纯，得到间苯二甲酰氯。
反应原理为：
所述的催化剂为N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺的一种。
所述的催化剂用量为间苯二甲酸质量的0.1～1％。
所述的一级薄膜蒸发器、二级薄膜蒸发器均为旋转刮板式薄膜蒸发器。旋转刮板式薄膜蒸发器，是一种通过旋转刮板强制成膜，可在较高真空条件下进行降膜蒸发的高效蒸发器。其传热效率高、蒸发速度快、物料停留时间短、操作弹性大，尤其适宜热敏性物料、高粘度物料及易结晶含颗粒物料的蒸发浓缩、脱气脱溶、蒸馏提纯。
所述的一级薄膜蒸发器减压蒸馏的真空度为660～720mmHg，温度为100～120℃。在反应过程中，通常加入过量氯化亚砜，由于氯化亚砜和间苯二甲酰氯间存在相互作用，常规减压蒸馏难以将其从反应液中彻底去除，导致在后续真空精馏过程中遇高温发生副反应，产生杂质，从而影响产品质量。在较低真空条件下，较低温度下，采用薄膜蒸发器就可将残留氯化亚砜和催化剂彻底去除。
所述的二级薄膜蒸发器蒸馏的真空度为730～750mmHg，温度为160～180℃。采用薄膜蒸发器直接将间苯二甲酰氯粗品进行蒸馏提纯，在刮板作用下强制将物料铺成薄膜，传热面积大、效率高，大幅缩短物料高温停留时间，避免真空精馏长时间高温回流对产品质量的影响。
所述的一级薄膜蒸发器、二级薄膜蒸发器的进料方式为间歇进料或连续进料。
所述的间苯二甲酰氯生产装置，包括反应釜，在反应釜后增设一级薄膜蒸发器和二级薄膜蒸发器。
所述的反应釜和一级薄膜蒸发器之间依次设置反应液储罐和第一计量泵；一级薄膜蒸发器和二级薄膜蒸发器之间依次设置粗品储罐和第二计量泵；二级薄膜蒸发器之后依次设置冷凝器和成品罐。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
与传统亚砜法相比，本发明采用两级薄膜蒸发器，由于传热面积大、效率高，能够有效去除反应液中残留氯化亚砜和催化剂，缩短蒸馏提纯时间，避免副反应发生产生杂质，具有简单易行，生产周期短，产品收率高、杂质含量低等特点；本发明的生产装置，操作方便、工作效率大幅提升。本发明生产的间苯二甲酰氯，纯度达99.95％以上，收率大于99.5％。
附图说明
图1为间苯二甲酰氯生产装置的结构示意图；
图2为实施例1产品色谱图；
图3为对比例1产品色谱图；
图中：1、反应釜；2、反应液储罐；3、第一计量泵；4、一级薄膜蒸发器；5、粗品储罐；6、第二计量泵；7、二级薄膜蒸发器；8、冷凝器；9、成品罐。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述。
本发明实施例1-3均采用以下装置：
所述的生产装置由依次相连的反应釜1、反应液储罐2、第一计量泵3、一级薄膜蒸发器4、粗品储罐5、第二计量泵6、二级薄膜蒸发器7、冷凝器8和成品罐9组成。
实施例1
将1000kg间苯二甲酸和2500kg氯化亚砜投入反应釜中，加入5kg N,N-二甲基甲酰胺，逐步升温反应放出二氧化硫和盐酸气体，当温度升至90℃，无气体冒出，反应结束，继续保温1小时，在反应釜中经常压蒸馏、减压蒸馏回收大部分未反应氯化亚砜，剩余反应液放入反应液储罐。
将一级薄膜蒸发器温度保持120℃，真空度660mmHg，二级薄膜蒸发器温度保持165℃，真空度750mmHg。反应液以5kg/min的进料速率连续进入一级薄膜蒸发器，将残留氯化亚砜和催化剂去除，得粗品进入粗品储罐。同时，粗品按4.5kg/min的进料速率连续进入二级薄膜蒸发器，将间苯二甲酰氯蒸出，经冷凝器冷却(温度40℃)得间苯二甲酰氯1218.1kg，两级薄膜蒸发过程共耗时5.5小时，产品色谱含量达99.975％(色谱图见图2)，熔点43.8℃，产品收率为99.68％。
对比例1
将1000kg间苯二甲酸，2500kg氯化亚砜投入反应釜，加入5kg N,N-二甲基甲酰胺，逐步升温反应放出二氧化硫和盐酸气体，当温度升至90℃，无气体冒出，反应结束，继续保温1小时，在反应釜中经常压蒸馏、减压蒸馏回收大部分未反应氯化亚砜，剩余反应液放入精馏釜。
开启真空机组，将精馏系统真空度提高至750mmHg，将精馏釜逐步升温至170℃，全回流0.5h，按一定回流比接收前馏至产品含量达到99.9％且颜色澄清时，开始收集产品，最终得间苯二甲酰氯1198.6kg，整个精馏过程耗时14小时，色谱含量达99.921％，熔点43.2℃，同时产生杂质3(色谱图见图3)，产品收率为98.08％。
实施例2
将1000kg间苯二甲酸，2500kg氯化亚砜投入反应釜，加入1kg N,N-二甲基乙酰胺，逐步升温反应放出二氧化硫和盐酸气体，当温度升至95℃，无气体冒出，反应结束，继续保温1小时，在反应釜中经常压蒸馏、减压蒸馏回收大部分未反应氯化亚砜，剩余反应液放入储罐。
将一级薄膜蒸发器温度保持100℃，真空度720mmHg，反应液以4.5kg/min的进料速率间歇进入一级薄膜蒸发器，将残留氯化亚砜和催化剂去除，得粗品进入粗品储罐。
将二级薄膜蒸发器温度保持180℃，真空度730mmHg，粗品按4kg/min的进料速率间歇进入薄膜蒸发器，将间苯二甲酰氯蒸出，经冷凝器冷却(温度40℃)得间苯二甲酰氯1217.5kg，两级薄膜蒸发过程耗时6小时，色谱含量达99.960％，熔点43.6℃，产品收率为99.63％。
实施例3
将1000kg间苯二甲酸，2500kg氯化亚砜投入反应釜，加入10kg N,N-二甲基甲酰胺，逐步升温反应放出二氧化硫和盐酸气体，当温度升至95℃，无气体冒出，反应结束，继续保温1小时，在反应釜中经常压蒸馏、减压蒸馏回收大部分未反应氯化亚砜，剩余反应液放入储罐。
将一级薄膜蒸发器温度保持110℃，真空度700mmHg，反应液以4kg/min的进料速率间歇进入一级薄膜蒸发器，将残留氯化亚砜和催化剂去除得粗品。
将二级薄膜蒸发器温度保持170℃，真空度740mmHg，粗品按4kg/min的进料速率间歇进入薄膜蒸发器，将间苯二甲酰氯蒸出，经冷凝器冷却(温度40℃)得间苯二甲酰氯1216.8kg，两级薄膜蒸发过程耗时6.5小时，色谱含量达99.958％，熔点43.5℃，产品收率为99.57％。

Claims (9)

1.一种间苯二甲酰氯生产工艺，其特征在于：间苯二甲酸与过量氯化亚砜，在催化剂作用下回流反应，反应结束后，先经常压蒸馏、减压蒸馏回收大部分未反应的氯化亚砜，再经一级薄膜蒸发器减压蒸馏残留的氯化亚砜和催化剂，最后再经二级薄膜蒸发器在高真空条件下进行蒸馏提纯，得到间苯二甲酰氯。
2.根据权利要求1所述的间苯二甲酰氯生产工艺，其特征在于：催化剂为N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺的一种。
3.根据权利要求1或2所述的间苯二甲酰氯生产工艺，其特征在于：催化剂用量为间苯二甲酸质量的0.1～1％。
4.根据权利要求1所述的间苯二甲酰氯生产工艺，其特征在于：一级薄膜蒸发器、二级薄膜蒸发器均为旋转刮板式薄膜蒸发器。
5.根据权利要求1或4所述的间苯二甲酰氯生产工艺，其特征在于：一级薄膜蒸发器减压蒸馏的真空度为660mm～720mmHg，温度为100～120℃。
6.根据权利要求1或4所述的间苯二甲酰氯生产工艺，其特征在于：二级薄膜蒸发器蒸馏的真空度为730～750mmHg，温度为160～180℃。
7.根据权利要求1或4所述的间苯二甲酰氯生产工艺，其特征在于：一级薄膜蒸发器、二级薄膜蒸发器的进料方式为间歇进料或连续进料。
8.一种间苯二甲酰氯生产装置，包括反应釜(1)，其特征在于：在反应釜(1)后增设一级薄膜蒸发器(4)和二级薄膜蒸发器(7)。
9.根据权利要求8所述的间苯二甲酰氯生产装置，其特征在于：在反应釜(1)和一级薄膜蒸发器(4)之间依次设置反应液储罐(2)和第一计量泵(3)；一级薄膜蒸发器(4)和二级薄膜蒸发器(7)之间依次设置粗品储罐(5)和第二计量泵(6)；二级薄膜蒸发器(7)之后依次设置冷凝器(8)和成品罐(9)。
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