CN104797314A - 包括蓝宝石窗口的相分离或萃取设备及其用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于分离两种不混溶相和/或用一种相来萃取另一种相的设备(相分离或萃取设备)，所述设备包括至少一个用于接收至少两种相的容器、至少一个用于向所述容器中供应流体的管、至少一个用于从所述容器中排出流体的管、以及至少一个用于观察分离操作或萃取操作的包括透明盘的装置，其中透明盘的至少面向待分离或萃取的相的侧面由蓝宝石(蓝宝石玻璃)或云母(云母盘)组成；并且本发明涉及这种设备在制备二苯基甲烷系列的二胺和多胺中的用途。

Description

包括蓝宝石窗口的相分离或萃取设备及其用途
本发明涉及一种用于分离两种不混溶相和/或用一种相来萃取另一种相的方法和设备(相分离或萃取设备)，所述设备包括至少一个用于接收至少两种相的容器、至少一个用于向所述容器中供应流体的管、至少一个用于从所述容器中排出流体的管，以及至少一个包括透明盘的用于观察分离或萃取操作的装置。透明盘的至少面向待分离或萃取的相的侧面由蓝宝石(蓝宝石玻璃)或云母(云母盘)制成。本发明的设备特别是可用在二苯基甲烷系列的二胺和多胺的生产中。
许多化学方法包括将两种或更多种不混溶相彼此分离的步骤(例如将包含所需产物的有机相从反应所形成的水中分离)，以及用一种不混溶相来萃取另一种相的步骤(例如用水洗涤包含所需产物的有机相)。原则上，用于此目的的装置(相分离或萃取容器)早已为现有技术所知。通常用允许视觉监控相分离或萃取操作的视镜来配置这种装置。这种视觉监控是重要的，因为可能发生相分离操作由于例如形成稳定乳液而被扰乱的情况。在二苯基甲烷系列的二胺和多胺的生产中，就从水相中分离包含产物的有机相而言，已报道在粗产物中和后形会成第三相，该第三相妨碍相分离或甚至使相分离不可能发生(参见EP 1 652 835 A1)。当可视觉观察相分离或萃取操作的情况下，早期就可检测到这种不期望的影响，而此时它们仍然可以例如通过调节某些工艺参数而消解。为此所需的视镜通常是由石英玻璃或硼硅酸盐玻璃制成的。然而，石英玻璃和硼硅酸盐玻璃具有在连续使用时——特别是当存在碱性介质时——受到损害的缺点。会发生碱性腐蚀、侵蚀，以及在最坏的情况下会发生泄漏。对于一些相分离或萃取之外的特殊应用，如在染料制备中蒸发浓碱溶液时，还使用由聚四氟乙烯层所保护的视镜，所述聚四氟乙烯层旨在防止玻璃的腐蚀(参见实用新型说明书CN 201578869 U)。然而，必须想到的是光学透明度会因聚四氟乙烯层而受到损害。因此，此系统在相分离或萃取容器中的用途不令人满意。
因此，需要一种允许观察相分离或萃取操作而不具有上述缺点的设备。考虑到该需求，本发明提供一种用于分离两种不混溶相和/或用一种相来萃取另一种相的设备，所述设备包括至少一个用于接收至少两种相的容器、至少一个用于向所述容器中供应流体的管、至少一个、优选至少两个用于从所述容器中排出流体的管、以及至少一个包括透明盘的用于观察分离或萃取操作的装置，其中透明盘的至少面向待分离或萃取的相的侧面由蓝宝石或云母、优选由蓝宝石制成。
本发明范围内的流体表示液体料流，然而其也可包含气态或固体组分。通过至少一个管供应至设备的流体可为例如来自化学法的两相液体反应混合物，其在设备中被分离成有机相(要从设备中排出的流体之一)和水相(同样是要从设备中排出的流体之一)。
在本发明的上下文内，术语“蓝宝石”理解为意指基本(至少90.0质量％、优选至少95.0质量％、特别优选至少99.0质量％、最特别优选至少99.9质量％的程度，各自以蓝宝石材料的总质量计)由氧化铝组成且具有刚玉结构的材料。蓝宝石的生产是现有技术公知的。例如通过Nacken-Kyropoulos法、Czochralski法或拉晶法、Stepanov法/EFG技术、法、热交换法和Bridgman法可以生产具有大直径的蓝宝石晶体；参见例如互联网页“http：//www.finepowder.de/Aluminiumoxid_fuer_Saphir.html”。在现有技术中，蓝宝石玻璃用于真空技术和光谱中以及用于高质量手表中。迄今为止，本发明所提供的蓝宝石玻璃的用途还未从现有技术中已知。本发明所使用的透明蓝宝石也称作蓝宝石玻璃。在本发明的上下文内，使用的该术语含义相同。
在本发明的上下文内，云母理解为意指基本(至少90.0质量％、优选至少95.0质量％、特别优选至少99.0质量％、最特别优选至少99.9质量％的程度，各自以云母材料的总质量计)由一般组成为DG2.3[T4O10]X2的层状硅酸盐组成的材料，其中：
D表示12倍配位阳离子，所述阳离子选自钾、钠、钙、钡、铷、铯和铵阳离子；
G表示6倍配位阳离子，所述阳离子选自锂、镁、铁(II和III)、锰(II)、锌、铝、铬、钒和钛阳离子；
T表示4倍配位阳离子，所述阳离子选自硅、铝、铁(III)、硼和铍阳离子；
X表示选自OH-、F-、Cl-、O2-和S2-的阴离子。
云母盘的制备为现有技术所已知。云母在工业上，例如在汽车涂料、化妆品中，用作电绝缘体、绝缘盘或烘箱中的观察窗(高温稳定性)。迄今为止，本发明所提供的云母的用途还未从现有技术中已知。本发明使用的透明云母也称作云母盘。在本发明的上下文内，使用的该术语含义相同。
下文描述本发明的实施方案。不同的实施方案可以视需要彼此结合，但在上下文中另有说明的除外。
在一个实施方案中，透明盘完全由蓝宝石玻璃或由云母、优选由蓝宝石组成。
在又一个实施方案中，透明盘的仅面向待分离或萃取的相的侧面由蓝宝石或云母、优选由蓝宝石组成。因此，在该实施方案中，包括透明盘的配置(arrangement)(在下文中称为视镜)为蓝宝石或云母(暴露于待分离或萃取的相的侧面)与另一种透明材料(远离待分离或萃取的相的侧面)、优选硼硅酸盐玻璃或石英玻璃的复合体。在该变化方案中，可通过分开的蓝宝石玻璃盘/云母盘和硼硅酸盐玻璃盘、或蓝宝石玻璃盘/云母盘和石英玻璃盘来构造视镜，或可将蓝宝石玻璃层/云母层施加于硼硅酸盐玻璃或石英玻璃上。蓝宝石或云母与第二种透明材料之间的形成复合体的结合可通过本领域技术人员已知的生产不同材料的复合体的方法进行。在最简单的情况中，将两层压在一起并通过框架连接在一起。还可以想到盘的粘合剂结合。
除了用于观察分离操作或萃取操作的视镜之外，本发明的相分离或萃取设备对应于现有技术的相应设备，如记载于例如Mass-TransferOperations，Third Edition，International Edition 1981，McGraw-HillBook Co，第477至541页，或Ullmann’s Encyclopedia of IndustrialChemistry(Vol.21，Liquid-Liquid Extraction，E.Müller et al.，第272-274页，2012Wiley-VCH Verlag GmbH&Co.KGaA，Weinheim，DOI：10.1002/14356007.b03_06.pub2)，或Kirk-Othmer Encyclopediaof Chemical Technology(参见“http：//onlinelibrary.wiley.com/book/10.1002/0471238961”，在线出版：2007年6月15日，第22至23页)(mixer-settler cascade or settlingvessel(混合沉降器级联或沉降容器))。
除了透明盘的材料以外，本发明所使用的视镜同样对应于在化学法技术中常用于分离或萃取容器的现有技术。蓝宝石和云母的加工是现有技术公知的。根据要进行的任务，分离或萃取容器可具有一个或多个视镜，它们以允许足够近地观察分离或萃取操作的方式配置。为了防止带静电，可用氧化铟锡涂布视镜。
本发明还提供一种将本发明的设备用于例如生产二苯基甲烷系列的二胺和多胺的方法。在本发明的上下文内，表述“二苯基甲烷系列的二胺”表示所谓的单体二氨基二苯基甲烷H2N-C6H4-CH2-C6H4-NH2的各种异构体(下文称为MDA)，而表述“二苯基甲烷系列的多胺”(下文称为PMDA)表示除了所提及的二苯基甲烷系列的二胺外，还有更高核(即三核和/或多核)的具有三个或更多个氨基的化合物。对相应的异氰酸酯同样适用。
在酸性催化剂存在下通过苯胺和甲醛的反应来制备MDA和主要组分为MDA的PMDA通常是已知的。二胺和多胺混合物主要用于制备相应的二异氰酸酯和多异氰酸酯(MDI和PMDI)。制备二苯基甲烷系列的二胺和多胺(MDA和PMDA)的连续或半分批法的实例公开于US 5,286,760、EP-A-0 451 442和WO-A-99/40059中。
为了对酸性反应混合物进行后处理，根据现有技术使用碱来中和反应混合物。根据现有技术，中和通常在例如90℃至100℃的温度下进行而无需添加其他物质(参见H.J.Twitchett，Chem.Soc.Rev.3(2)，223(1974))。然而，例如为了加速破坏性的二次产物的降解，还可以在不同的温度水平下进行中和。合适的碱为例如碱和碱土元素的氢氧化物，优选以水溶液的形式。优选合适的为碱元素的氢氧化物，且特别优选使用氢氧化钠。最特别优选使用氢氧化钠溶液，氢氧化钠的浓度为10至50重量％、优选25至50重量％。
中和通常不会恰好进行到中和点；而是使用过量的碱，使得所得的水相是碱性的。中和的其他细节可见于EP 1 616 890 A1，特别是第[0038]至[0039]段，在此作为参考。
在中和之后，通常在分离容器中将有机相从水相中分离。在分离水相后将剩余的包含产物的有机相进行进一步的后处理步骤(例如洗涤，参见DE-A 25 49 890)，然后通过合适的方法，例如蒸馏、萃取或结晶除去过量的苯胺和存在于混合物中的其他物质(例如其他溶剂)。本发明的设备优异地适用于上述相分离和萃取(洗涤)步骤。因此，在一个实施方案中，本发明涉及本发明的设备在分离水相和含有二苯基甲烷系列的二胺和多胺的有机相中、或在使用水相来萃取包含二苯基甲烷系列的二胺和多胺的有机相中的用途。本发明还提供本发明的设备在分离水相和含有二苯基甲烷系列的二胺和多胺的有机相中的用途，其中所述水相为碱性且特别是具有8.0至14的pH值。最后，本发明提供本发明的设备在使用含有苯胺的有机相萃取含有二苯基甲烷系列的二胺和多胺的水相中的用途。
使用本发明的设备来制备二苯基甲烷系列的二胺和多胺具有许多优点：
i)在高温下在中和和洗涤容器中，以及通过碱性介质，几乎没有视镜的腐蚀。损害的频率显著降低。
ii)产物质量不受损害，这是因为蓝宝石和云母的视镜保持透明且不像常规玻璃那样变得浑浊，结果当使用常规玻璃时，对容器中的相分离操作的有意义的评估仅在短时间后就可能不再准确。
iii)节约能源成本，这是因为避免了频繁启动和停止以维修或替换视镜。
iv)不存在因形成的产物通过视镜中的漏损排出而导致的安全问题。
v)节省了维护成本，这是因为没有生产停工期并且不产生维修费用。
由此获得的二苯基甲烷系列的二胺和多胺可根据已知的方法与光气反应以得到相应的二苯基甲烷系列的二异氰酸酯和多异氰酸酯。
实施例
视镜的构造和配件：
根据DIN 28120(Circular sight glasses with case in main powerconnection)进行视镜的安装。使用具有1.4401钢插入件的石墨垫片(垫片代码字母NK)作为垫片。
根据DIN 7080生产硼硅酸盐视镜。除了材料外，根据相同的说明生产蓝宝石或云母视镜。
对粗二苯基甲烷系列的二胺和多胺进行后处理的一般说明
将32％氢氧化钠溶液以1.1∶1的摩尔比(氢氧化钠溶液：HCl)加入HCl-酸性反应混合物中，所述反应混合物包含所需的二苯基甲烷系列的二胺和多胺以及过量的苯胺和水等，并使所述混合物在搅拌的中和容器中反应完全。温度为80℃至130℃且绝对压力为0.7至2.0巴。
然后在配置有视镜的中和分离器中将所得混合物分离成下层水相，将所述水相送至废水收集器中。该水具有约13的pH值、约21重量％的NaCl含量和约2重量％的NaOH浓度。将上层有机相送至洗涤。在搅拌的洗涤容器中，使用冷凝的水蒸气洗涤有机相。在配置有视镜的洗涤水分离器中分离出洗涤水后，将MDA和PMDA的湿混合物泵送至收集器中。同样将已分离出的洗涤水——其具有约11的pH值、约0.2重量％的NaCl含量和约0.8重量％的NaOH浓度——输送至废水收集器中。使用新鲜的苯胺在废水萃取中萃取来自废水收集器中的水，所述水由中和水、洗涤水和其他来自反应和蒸馏的水料流组成，并且其具有约13的pH值、约7重量％的NaCl含量和约0.8重量％的NaOH浓度。
实施例1(对比)
在所有配置有视镜的装置中使用常规的硼硅酸盐玻璃视镜。因为随机发生的漏损，所以在生产中存在计划外的停机。
实施例2(本发明)
在所有配置有视镜的装置中使用在产物的侧面上用云母盘保护的硼硅酸盐视镜。
实施例3(本发明)
在所有配置有视镜的装置中使用蓝宝石视镜。不存在漏损。蓝宝石玻璃也没有划伤。
实施例4(本发明)
在所有配置有视镜的装置中使用由蓝宝石玻璃(产物的侧面)和硼硅酸盐玻璃(远离产物的侧面)制成的两层视镜。
下表总结了结果：
表：材料、寿命、损害
尽管为阐述目的已在上文对本发明进行了详细的描述，但应该理解这种详述仅是为了阐述目的，且除了可由权利要求所限定的内容外，本领域的技术人员在不偏离本发明的主旨和范围的情况下可以作出改变。

Claims (11)

1.一种用于分离至少两种不混溶相或使用一种相来萃取另一种相的设备，所述设备包括：
a)至少一个用于接收待分离或萃取的相的容器，
b)至少一个用于向所述容器中供应第一流体的管，
c)至少一个用于从所述容器中排出第二流体的管，以及
d)至少一个在相分离或萃取过程中用于观察容器的内容物的装置，其包括：
(i)透明盘，其在面向待分离或萃取的相的盘侧面上包括蓝宝石或云母。
2.权利要求1的设备，其中所述透明盘只包括蓝宝石或云母。
3.权利要求1或2的设备，其中透明盘的仅面向待分离或萃取的相的侧面包括蓝宝石。
4.权利要求3的设备，其中观察装置的盘为蓝宝石或云母与另一种选自硼硅酸盐玻璃和石英玻璃的透明材料的复合体。
5.权利要求1至4任何一项的设备，其中透明盘的至少面向待分离或萃取的相的侧面由蓝宝石组成。
6.权利要求1至5任何一项的设备在制备二苯基甲烷系列的二胺和多胺中的用途。
7.权利要求6的用途，其中所述设备用于分离水相和含有二苯基甲烷系列的二胺和多胺的有机相。
8.权利要求6或7的用途，其中所述水相呈碱性。
9.权利要求8的用途，其中所述水相的pH值为8.0至14。
10.权利要求6的用途，其中所述设备用于使用水相来萃取含有二苯基甲烷系列的二胺和多胺的有机相。
11.权利要求6的用途，其中所述设备用于使用含有苯胺的有机相来萃取含有二苯基甲烷系列的二胺和多胺的水相。
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