CN107602420B - 一种间歇反应精馏合成脲甲烯丙二酸二甲酯的工艺 - Google Patents

一种间歇反应精馏合成脲甲烯丙二酸二甲酯的工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种间歇反应精馏合成脲甲烯丙二酸二甲酯的工艺，反应物原甲酸三甲酯、尿素和丙二酸二甲酯在催化剂氯化锌的催化作用下反应生成脲甲烯丙二酸二甲酯和甲醇，通过控制间歇反应精馏塔的反应罐温度和塔顶温度以及回流比边反应边精馏不断将甲醇蒸出，促进反应向正方向进行。塔顶甲醇蒸汽经冷凝器冷凝为液体后收集到甲醇储罐，甲醇质量浓度可达99.5％‑99.8％，原甲酸三甲酯的转化率可达99％以上。本发明工艺简单，操作简便，有效缩短了生产周期，大大降低了生产能耗。

Description

一种间歇反应精馏合成脲甲烯丙二酸二甲酯的工艺
【技术领域】
本发明属于化工分离纯化领域，具体涉及一种间歇反应精馏合成脲甲烯丙二酸二甲酯的工艺。
【技术背景】
脲甲烯丙二酸二甲酯，分子式为C7H10O5N2,沸点为258.8℃,是合成嘧啶酯的重要中间产物，嘧啶酯又可进一步作为生产吡哌酸的原料；吡哌酸为白色或浅黄色结晶性粉末,是一种抗革兰氏阴性杆菌为主的抗菌药物，对于铜绿假单胞菌、沙雷氏菌均有抑菌作用。
甲醇，又称木醇或木精，分子式为CH4O，沸点为64.7℃，为无色透明液体，有刺激性气味，溶于水，可混溶于醇类、乙醚等多数有机溶剂，是制造甲醛和农药等的原料，并用作有机物的萃取剂和酒精的变性剂等。
文献(吡哌酸合成工艺的改进，山东化工，2013年第42卷)报道了原甲酸三甲酯、尿素和丙二酸二甲酯分别在氯化锌和丙酸锌的催化作用下合成脲甲烯丙二酸二甲酯的工艺，文中未提及反应物的转化率和副产物甲醇的回收情况，且实验数据均停留在实验室小试阶段。
目前，制备脲甲烯丙二酸二甲酯的普遍方法是在一定温度下原甲酸三甲酯、尿素和丙二酸二甲酯在氯化锌的催化作用下发生缩合反应获得，此种方法分离副产物甲醇的技术回收得到的甲醇浓度低，原料转化率低，能耗高，反应周期长，降低生产效率。
【发明内容】
[要解决的技术问题]
本发明的目的是提供一种间歇反应精馏合成脲甲烯丙二酸二甲酯并分离甲醇的装置。
本发明的另一目的是提供一种间歇反应精馏合成脲甲烯丙二酸二甲酯并分离甲醇的方法。
本发明的另一目的是提供所述装置在间歇反应精馏合成脲甲烯丙二酸二甲酯并分离甲醇的应用。
[技术方案]
本发明是通过下述技术方案实现的。
一种间歇反应精馏合成脲甲烯丙二酸二甲酯的工艺，其特征在于该工艺使用包括如下装置：
间歇反应精馏塔(T1)、冷凝器(C1)、回流罐(R1)、甲醇储罐(S1)、阀门(V1)、阀门(V2)和阀门(V3)；其中进料管道经阀门(V1)连接到间歇反应精馏塔(T1)下端的反应罐，间歇反应精馏塔(T1)塔顶气相出料口与冷凝器(C1)连接，冷凝器(C1)液相出口与回流罐(R1)连接，回流罐(R1)液相出口处分为两股物流，一股物流经阀门(V2)与间歇反应精馏塔(T1)顶端连接，另一股物流经阀门(V3)与甲醇储罐(S1)连接，间歇反应精馏塔(T1)采用夹套加热装置加热；
该工艺包括以下步骤：
(1)阀门(V1)、阀门(V2)和阀门(V3)均保持关闭状态；
(2)开启阀门(V1)，将原甲酸三甲酯、尿素、丙二酸二甲酯和氯化锌以质量比为50:60:65:1混合后加入到间歇反应精馏塔(T1)的下部反应罐，其中原甲酸三甲酯、尿素和丙二酸二甲酯为反应物，氯化锌为催化剂；
(3)关闭阀门(V1)，开启阀门(V2)，保证塔顶全回流；
(4)开启间歇反应精馏塔(T1)的夹套加热装置，开始加热，间歇反应精馏塔(T1)的反应罐温度开始上升，反应时反应罐温度保持稳定；
(5)当塔顶温度达到稳定时，开启阀门(V3)，调节阀门(V2)和阀门(V3)，变回流比操作，甲醇经冷凝器(C1)冷凝后输送至回流罐(R1)，回流罐(R1)液相出口处分为两股物流，一股物流经阀门(V2)输送至间歇反应精馏塔(T1)顶端，另一股物流经阀门(V3)输送至甲醇储罐(S1)，开始采出甲醇；
(6)当塔顶馏出量明显减少，关闭阀门(V3)，停止采出，关闭夹套加热装置，甲醇储罐(S1)内为甲醇，间歇反应精馏塔(T1)反应罐内为反应产物脲甲烯丙二酸二甲酯。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于原甲酸三甲酯、尿素、丙二酸二甲酯和氯化锌的质量比为50:60:65:1，反应物尿素和丙二酸二甲酯过量，原甲酸三甲酯转化率可达99％以上。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于间歇反应精馏塔(T1)反应罐温度稳定在78-85℃。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于间歇反应精馏塔(T1)顶温度稳定在63-65℃。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于反应过程中边反应边精馏，副产物甲醇由塔顶采出，促进了反应的正向进行，原甲酸三甲酯的转化率可达99％以上。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于塔顶采出甲醇过程中回流比变化范围为5-15，可一次性采出甲醇，甲醇的质量浓度可达99.5％-99.8％，经冷凝器冷凝后的甲醇液体温度为25-30℃。
本发明公开的一种间歇反应精馏合成脲甲烯丙二酸二甲酯的工艺具体描述如下：
向间歇反应精馏塔(T1)下部的反应罐内以质量比为50:60:65:1加入混合好的原甲酸三甲酯、尿素、丙二酸二甲酯和氯化锌，其中原甲酸三甲酯、尿素和丙二酸二甲酯为反应物，氯化锌为催化剂；打开夹套加热装置进行加热，随着温度的逐渐升高，反应速度逐渐加快，生成物脲甲烯丙二酸二甲酯和甲醇逐渐增多，当反应罐温度达到甲醇沸点后，甲醇开始汽化，气相甲醇由间歇反应精馏塔(T1)塔顶经冷凝器(C1)冷凝为液体后进入回流罐(R1)，回流罐(R1)分为两股物流，一股经阀门(V2)回流至间歇反应精馏塔(T1)塔顶，另一股经阀门(V3)输送至甲醇储罐(S1)，通过调节阀门(V2)和阀门(V3)控制回流比在5-15范围内，并进行变回流比操作，控制间歇反应精馏塔(T1)反应罐的温度在78-85℃，间歇反应精馏塔(T1)塔顶温度稳定在63-65℃，由于反应物尿素和丙二酸二甲酯过量，当原甲酸三甲酯反应完成后，反应随之停止，原甲酸三甲酯的转化率可达99％以上，回收得到甲醇的质量质量浓度可达99.5％-99.8％。
[有益效果]
本发明与现有技术相比，主要由以下有益效果：
(1)反应过程中分离出了纯度较高的甲醇，创造了更高的经济效益。
(2)甲醇可一次性分离出来，缩短了生产周期，降低了生产能耗。
(3)反应物转化率更高，尤其是原甲酸三甲酯的转化率可达99％以上。
(4)工艺流程更加简洁且高效，设备更加合理，操作更加便捷。
【附图说明】
附图1为本发明一种间歇反应精馏合成脲甲烯丙二酸二甲酯的工艺流程图，其中：
T1-间歇反应精馏塔、C1-冷凝器、R1-回流罐、S1-甲醇储罐、V1-阀门、V2-阀门和V3-阀门。
【具体实施方式】
下面结合实施例，进一步说明本发明，但本发明并不仅限于实施例。
实施例1：
开启阀门(V1)，将500kg原甲酸三甲酯、600kg尿素、650kg丙二酸二甲酯和10kg氯化锌混合后加入到间歇反应精馏塔(T1)的下部反应罐；关闭阀门(V1)，开启阀门(V2)，保证塔顶全回流；开启间歇反应精馏塔(T1)的夹套加热装置，开始加热，间歇反应精馏塔(T1)的反应罐温度开始上升，反应时反应罐温度稳定在82℃；稳定时塔顶温度为64℃，开启阀门(V3)，调节阀门(V2)和阀门(V3)，以7-13的变回流比操作采出甲醇，甲醇经冷凝器冷凝后温度为28℃；当塔顶馏出量明显减少，关闭阀门(V3)，停止采出，关闭夹套加热装置；甲醇储罐(S1)内得到质量浓度为99.6％的甲醇451.5kg，间歇反应精馏塔(T1)反应罐内得到脲甲烯丙二酸二甲酯945.8kg，原甲酸三甲酯的转化率为99.3％。
实施例2：
开启阀门(V1)，将400kg原甲酸三甲酯、480kg尿素、520kg丙二酸二甲酯和8kg氯化锌混合后加入到间歇反应精馏塔(T1)的下部反应罐；关闭阀门(V1)，开启阀门(V2)，保证塔顶全回流；开启间歇反应精馏塔(T1)的夹套加热装置，开始加热，间歇反应精馏塔(T1)的反应罐温度开始上升，反应时反应罐温度稳定在85℃；稳定时塔顶温度为65℃，开启阀门(V3)，调节阀门(V2)和阀门(V3)，以7-12的变回流比操作采出甲醇，甲醇经冷凝器冷凝后温度为30℃；当塔顶馏出量明显减少，关闭阀门(V3)，停止采出，关闭夹套加热装置；甲醇储罐(S1)内得到质量浓度为99.8％的甲醇361.2kg，间歇反应精馏塔(T1)反应罐内得到脲甲烯丙二酸二甲酯758.2kg，原甲酸三甲酯的转化率为99.5％。
实施例3：
开启阀门(V1)，将600kg原甲酸三甲酯、720kg尿素、780kg丙二酸二甲酯和12kg氯化锌混合后加入到间歇反应精馏塔(T1)的下部反应罐；关闭阀门(V1)，开启阀门(V2)，保证塔顶全回流；开启间歇反应精馏塔(T1)的夹套加热装置，开始加热，间歇反应精馏塔(T1)的反应罐温度开始上升，反应时反应罐温度稳定在78℃；稳定时塔顶温度为63℃，开启阀门(V3)，调节阀门(V2)和阀门(V3)，以5-15的变回流比操作采出甲醇，甲醇经冷凝器冷凝后温度为25℃；当塔顶馏出量明显减少，关闭阀门(V3)，停止采出，关闭夹套加热装置；甲醇储罐(S1)内得到质量浓度为99.7％的甲醇540.7kg，间歇反应精馏塔(T1)反应罐内得到脲甲烯丙二酸二甲酯1133.9kg，原甲酸三甲酯的转化率为99.2％。
实施例4：
开启阀门(V1)，将550kg原甲酸三甲酯、660kg尿素、715kg丙二酸二甲酯和11kg氯化锌混合后加入到间歇反应精馏塔(T1)的下部反应罐；关闭阀门(V1)，开启阀门(V2)，保证塔顶全回流；开启间歇反应精馏塔(T1)的夹套加热装置，开始加热，间歇反应精馏塔(T1)的反应罐温度开始上升，反应时反应罐温度稳定在80℃；稳定时塔顶温度为64℃，开启阀门(V3)，调节阀门(V2)和阀门(V3)，以6-13的变回流比操作采出甲醇，甲醇经冷凝器冷凝后温度为26℃；当塔顶馏出量明显减少，关闭阀门(V3)，停止采出，关闭夹套加热装置；甲醇储罐(S1)内得到质量浓度为99.5％的甲醇497.2kg，间歇反应精馏塔(T1)反应罐内得到脲甲烯丙二酸二甲酯1040.4.1kg，原甲酸三甲酯的转化率为99.3％。

Claims (2)

1.一种间歇反应精馏合成脲甲烯丙二酸二甲酯的工艺，其特征在于该工艺使用包括如下装置：
间歇反应精馏塔(T1)、冷凝器(C1)、回流罐(R1)、甲醇储罐(S1)、阀门(V1)、阀门(V2)和阀门(V3)；其中进料管道经阀门(V1)连接到间歇反应精馏塔(T1)下端的反应罐，间歇反应精馏塔(T1)塔顶气相出料口与冷凝器(C1)连接，冷凝器(C1)液相出口与回流罐(R1)连接，回流罐(R1)液相出口处分为两股物流，一股物流经阀门(V2)与间歇反应精馏塔(T1)顶端连接，另一股物流经阀门(V3)与甲醇储罐(S1)连接，间歇反应精馏塔(T1)采用夹套加热装置加热；
该工艺包括以下步骤：
(1)阀门(V1)、阀门(V2)和阀门(V3)均保持关闭状态；
(2)开启阀门(V1)，将原甲酸三甲酯、尿素、丙二酸二甲酯和氯化锌以质量比为50:60:65:1混合后加入到间歇反应精馏塔(T1)的下部反应罐，其中原甲酸三甲酯、尿素和丙二酸二甲酯为反应物，氯化锌为催化剂；
(3)关闭阀门(V1)，开启阀门(V2)；
(4)开启间歇反应精馏塔(T1)的夹套加热装置，开始加热，间歇反应精馏塔(T1)的反应罐温度开始上升，反应时反应罐温度保持稳定；
(5)当塔顶温度达到稳定时，开启阀门(V3)，调节阀门(V2)和阀门(V3)，变回流比操作，甲醇经冷凝器(C1)冷凝后输送至回流罐(R1)，回流罐(R1)液相出口处分为两股物流，一股物流经阀门(V2)输送至间歇反应精馏塔(T1)顶端，另一股物流经阀门(V3)输送至甲醇储罐(S1)，开始采出甲醇；
(6)当塔顶馏出量明显减少，关闭阀门(V3)，停止采出，关闭夹套加热装置，甲醇储罐(S1)内为甲醇，间歇反应精馏塔(T1)反应罐内为反应产物脲甲烯丙二酸二甲酯；
其中，进料组成为原甲酸三甲酯、尿素、丙二酸二甲酯和氯化锌，质量比为50:60:65:1，反应物尿素和丙二酸二甲酯过量，原甲酸三甲酯转化率可达99％以上；间歇反应精馏塔(T1)反应罐温度稳定在78-85℃；间歇反应精馏塔(T1)顶温度稳定在63-65℃；塔顶采出甲醇过程中回流比变化范围为5-15，可一次性采出甲醇，甲醇的质量浓度可达99.5％-99.8％，经冷凝器冷凝后的甲醇液体温度为25-30℃。
2.根据权利要求1所述的一种间歇反应精馏合成脲甲烯丙二酸二甲酯的工艺，其特征在于反应过程中边反应边精馏，副产物甲醇由塔顶采出，促进了反应的正向进行，原甲酸三甲酯的转化率可达99％以上。
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